KR101249135B1 - Catalyst, process for production of the same, and use of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 산성 전해질 중이나 고전위에서 부식되지 않고, 내구성이 우수하며, 높은 산소 환원능을 갖는 촉매를 제공한다. 본 발명의 촉매는, 주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M 및 니오븀을 함유하는 금속 탄질산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a catalyst that does not corrode in an acidic electrolyte or in a high potential, is excellent in durability, and has a high oxygen reduction ability. The catalyst of the present invention is tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, Contains at least one metal M and niobium selected from the group consisting of yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium and nickel It characterized in that it comprises a metal carbon dioxide.

Description

촉매 및 그 제조 방법 및 그 용도{CATALYST, PROCESS FOR PRODUCTION OF THE SAME, AND USE OF THE SAME}Catalyst, its manufacturing method and its use {CATALYST, PROCESS FOR PRODUCTION OF THE SAME, AND USE OF THE SAME}

본 발명은 촉매 및 그 제조 방법 및 그 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst, a method for producing the same, and a use thereof.

연료 전지에는, 전해질의 종류나 전극의 종류에 따라 다양한 타입으로 분류되고, 대표적인 것으로서는, 알칼리형, 인산형, 용융 탄산염형, 고체 전해질형, 고체 고분자형이 있다. 이 중에서도 저온(-40℃ 정도) 내지 120℃ 정도에서 작동 가능한 고체 고분자형 연료 전지가 주목을 받고, 최근, 자동차용 저공해 동력원으로서의 개발ㆍ실용화가 진행되고 있다. 고체 고분자형 연료 전지의 용도로서는, 차량용 구동원이나 정치형 전원이 검토되고 있지만, 이들 용도에 적용되기 위해서는, 장기간에 걸친 내구성이 요구되고 있다.Fuel cells are classified into various types according to the type of electrolyte and the type of electrode, and typical examples thereof include alkali type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid electrolyte type, and solid polymer type. Among them, solid polymer fuel cells that can operate at low temperatures (about -40 ° C) to about 120 ° C have attracted attention, and in recent years, development and practical use as a low pollution power source for automobiles have been advanced. As a use of the solid polymer fuel cell, a vehicle driving source and a stationary power supply have been considered, but long-term durability is required to be applied to these applications.

이 고분자 고체형 연료 전지는, 고분자 고체 전해질을 애노드와 캐소드에 끼우고, 애노드에 연료를 공급하고, 캐소드에 산소 또는 공기를 공급하여, 캐소드에서 산소가 환원되어 전기를 취출하는 형식이다. 연료에는 수소 또는 메탄올 등이 주로 사용된다.This polymer solid fuel cell is a type in which a polymer solid electrolyte is sandwiched between an anode and a cathode, fuel is supplied to the anode, oxygen or air is supplied to the cathode, and oxygen is reduced at the cathode to draw electricity. Hydrogen or methanol is mainly used for fuel.

종래, 연료 전지의 반응 속도를 높이고, 연료 전지의 에너지 변환 효율을 높이기 위하여, 연료 전지의 캐소드(공기극) 표면이나 애노드(연료극) 표면에는, 촉매를 포함하는 층(이하「연료 전지용 촉매층」이라고도 함)이 형성되어 있었다.Conventionally, in order to increase the reaction rate of a fuel cell and to increase the energy conversion efficiency of the fuel cell, a layer containing a catalyst (hereinafter referred to as a "fuel cell catalyst layer") on the cathode (air electrode) surface and the anode (fuel electrode) surface of the fuel cell. ) Was formed.

이 촉매로서, 일반적으로 귀금속이 사용되고 있고, 귀금속 중에서도 높은 전위에서 안정적이며, 활성이 높은 백금이 주로 사용되어 왔다. 그러나, 백금은 가격이 높고, 또한 자원량이 한정되어 있기 때문에, 대체 가능한 촉매의 개발이 요구되고 있었다.As this catalyst, generally a noble metal is used, and platinum which is stable at a high electric potential and has high activity among noble metals has been mainly used. However, since platinum has a high price and a limited amount of resources, development of a replaceable catalyst has been required.

또한, 캐소드 표면에 사용하는 귀금속은 산성 분위기 하에서는, 용해되는 경우가 있어, 장기간에 걸친 내구성이 필요한 용도에는 적합하지 않다는 문제가 있었다. 이로 인해 산성 분위기 하에서 부식되지 않고, 내구성이 우수하며, 높은 산소 환원능을 갖는 촉매의 개발이 강하게 요구되고 있었다.Moreover, the precious metal used for the cathode surface may melt | dissolve under an acidic atmosphere, and there existed a problem that it was not suitable for the use which requires long-term durability. For this reason, there has been a strong demand for the development of a catalyst which does not corrode in an acidic atmosphere, has excellent durability, and has a high oxygen reduction ability.

백금을 대신하는 촉매로서, 탄소, 질소, 붕소 등의 비금속을 포함하는 재료가 최근 착안되어 있다. 이들 비금속을 포함하는 재료는, 백금 등의 귀금속과 비교하여 가격이 저렴하고, 또한 자원량이 풍부하다.As a catalyst to replace platinum, materials containing nonmetals such as carbon, nitrogen, and boron have been recently conceived. The material containing these nonmetals is cheaper compared to precious metals, such as platinum, and is rich in resource amount.

비특허문헌 1에서는, 지르코늄을 베이스로 한 ZrOxN 화합물이 산소 환원능을 나타내는 것이 보고되고 있다.In Non-Patent Document 1, a ZrOxN compound based on zirconium has been reported to exhibit an oxygen reducing ability.

특허문헌 1에서는, 백금 대체 재료로서 장주기표 4족, 5족 및 14족의 원소군으로부터 선택되는 1종 이상의 질화물을 포함하는 산소 환원 전극 재료가 개시되어 있다.Patent Literature 1 discloses an oxygen reduction electrode material containing one or more nitrides selected from the group of elements of Groups 4, 5, and 14 of the long-period table as platinum replacement materials.

그러나, 이들 비금속을 포함하는 재료는, 촉매로서 실용적으로 충분한 산소 환원능을 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.However, the material containing these nonmetals has a problem that practically sufficient oxygen reduction ability cannot be obtained as a catalyst.

또한, 특허문헌 2에서는, 탄화물, 산화물, 질화물을 혼합하고, 진공, 불활성 또는 비산화성 분위기 하, 500 내지 1500℃로 열처리를 한 탄질산화물이 개시되어 있다.In addition, Patent Literature 2 discloses a carbonitride which is mixed with carbides, oxides and nitrides and subjected to heat treatment at 500 to 1500 占 폚 in a vacuum, inert or non-oxidizing atmosphere.

그러나, 특허문헌 2에 개시되어 있는 탄질산화물은, 박막 자기 헤드 세라믹스 기판 재료이며, 이 탄질산화물을 촉매로서 사용하는 것은 검토되고 있지 않다.However, the carbonitride oxide disclosed in patent document 2 is a thin film magnetic head ceramic substrate material, and using this carbonitride oxide as a catalyst is not examined.

또한, 백금은, 상기 연료 전지용 촉매로서 뿐만 아니라, 배기 가스 처리용 촉매 또는 유기 합성용 촉매로서도 유용하지만, 백금은 가격이 높고, 또한 자원량이 한정되어 있기 때문에, 이들 용도에 있어서도 대체 가능한 촉매의 개발이 요구되고 있었다.In addition, although platinum is useful not only as the catalyst for fuel cells but also as a catalyst for exhaust gas treatment or a catalyst for organic synthesis, since platinum has a high price and a limited amount of resources, it is possible to develop a catalyst that can be replaced in these applications. Was being asked.

일본 특허 공개 제2007-31781호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2007-31781 일본 특허 공개 제2003-342058호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-342058

S.Doi, A.Ishihara, S.Mitsushima, N.kamiya, and K.Ota,「Journal of The Electrochemical Society」, 2007년, 154 (3) B362-B369 S.Doi, A.Ishihara, S.Mitsushima, N.kamiya, and K.Ota, Journal of The Electrochemical Society, 2007, 154 (3) B362-B369

본 발명은 이와 같은 종래 기술에 있어서의 문제점의 해결을 과제로 하고 있고, 본 발명의 목적은, 산성 전해질 중이나 고전위에서 부식되지 않고, 내구성이 우수하며, 높은 산소 환원능을 갖는 촉매를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve such problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a catalyst which does not corrode in an acidic electrolyte or a high potential, has excellent durability, and has a high oxygen reduction ability. have.

본 발명자들은, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 특정한 금속 및 니오븀을 함유하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매가, 산성 전해질 중이나 고전위에서 부식되지 않고, 내구성이 우수하며, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of earnestly examining in order to solve the problem of the said prior art, the catalyst containing the metal carbonitride containing a specific metal and niobium does not corrode in an acidic electrolyte or a high potential, it is excellent in durability, and has high oxygen It discovered that it had a reducing ability and came to complete this invention.

본 발명은, 예를 들어 이하의 (1) 내지 (21)에 관한 것이다.This invention relates to the following (1)-(21), for example.

(1) (One)

주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속(이하「금속 M」또는「M」이라고 함) 및 니오븀을 함유하는 금속 탄질산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매.Tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, At least one metal selected from the group consisting of cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and nickel (hereinafter referred to as "metal M" or "M" And metal carbonitrides containing niobium.

(2) (2)

상기 금속 탄질산화물의 조성식이 NbaMbCxNyOz(단, a, b, x, y, z는 원자수의 비를 나타내고, 0.01≤a<1, 0<b≤0.99, 0.01≤x≤2, 0.01≤y≤2, 0.01≤z≤3, a+b=1, 또한 x+y+z≤5임)로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 촉매.The composition formula of the metal carbonitride oxide is Nb a M b C x N y O z (where a, b, x, y, z represent the ratio of the number of atoms, and 0.01≤a <1, 0 <b≤0.99, 0.01 ≤ x ≤ 2, 0.01 ≤ y ≤ 2, 0.01 ≤ z ≤ 3, a + b = 1, and x + y + z ≤ 5).

(3) (3)

분말 X선 회절법(Cu-Kα선)에 의해 상기 금속 탄질산화물을 측정하였을 때에, 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 2개 이상 관측되는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 촉매.When the metal carbonitride is measured by powder X-ray diffraction (Cu-Kα), two or more diffraction line peaks are observed between diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 ° (1) or The catalyst as described in (2).

(4) (4)

상기 금속 탄질산화물이 몇 개의 상을 포함하는 혼합물이며, 분말 X선 회절법(Cu-Kα선)에 의해 상기 금속 탄질산화물을 측정하였을 때에, Nb12O29 유래의 피크가 관측되는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 촉매.The metal carbonitride is a mixture containing several phases, and peaks derived from Nb 12 O 29 are observed when the metal carbonitride is measured by powder X-ray diffraction (Cu-Kα-ray). The catalyst according to any one of (1) to (3).

(5) (5)

주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M의 산화물, 산화니오븀 및 탄소의 혼합물을 질소 분위기 또는 질소를 함유하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 얻는 공정 (ia)와, 상기 금속 탄질화물을 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매를 얻는 공정 (ii)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.Tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, A mixture of oxides, niobium oxides and carbons of at least one metal M selected from the group consisting of cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and nickel A step (ia) of obtaining a metal carbonitride by heat treatment in a nitrogen atmosphere or an inert gas containing nitrogen, and a step (ii) of obtaining a catalyst containing a metal carbonitride by heat treating the metal carbonitride in an oxygen-containing inert gas. Method for producing a catalyst comprising a metal carbonitride, characterized in that.

(6) (6)

주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M의 산화물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 혼합물을 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 얻는 공정 (ib)와, 상기 금속 탄질화물을 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매를 얻는 공정 (ii)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.Tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, A mixture of oxides, niobium carbide and niobium nitride of at least one metal M selected from the group consisting of cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium and nickel And (ii) obtaining a metal carbonitride by heat-treating it in an inert gas, and (ii) obtaining a catalyst containing metal carbonitride by heat-treating the metal carbonitride in an oxygen-containing inert gas. Process for producing a catalyst comprising carbonitrides.

(7) (7)

주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M의 산화물, 탄화니오븀, 질화니오븀 및 산화니오븀의 혼합물을 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 얻는 공정 (ic)와, 상기 금속 탄질화물을 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매를 얻는 공정 (ii)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.Tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, Oxides, niobium carbide, niobium nitride and oxides of at least one metal M selected from the group consisting of cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium and nickel And (ii) obtaining a metal carbonitride by heat-treating the mixture of niobium in an inert gas, and (ii) obtaining a catalyst containing metal carbonitride by heat-treating the metal carbonitride in an oxygen-containing inert gas. A method for producing a catalyst containing a metal carbonitride.

(8) (8)

주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M을 함유하는 화합물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 혼합물을 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 얻는 공정 (id)와, 상기 금속 탄질화물을 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매를 얻는 공정 (ii)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.Tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, Compounds containing at least one metal M, niobium carbide and niobium nitride selected from the group consisting of cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium and nickel And (ii) obtaining a metal carbonitride by heat-treating the mixture in an inert gas, and (ii) obtaining a catalyst containing metal carbonitride by heat treating the metal carbonitride in an oxygen-containing inert gas. A method for producing a catalyst comprising a metal carbonitride.

(9) (9)

상기 공정 (ia)에 있어서의 열처리 온도가 600 내지 1800℃의 범위인 것을 특징으로 하는 (5)에 기재된 제조 방법.The heat treatment temperature in the said process (ia) is the range of 600-1800 degreeC, The manufacturing method as described in (5) characterized by the above-mentioned.

(10) (10)

상기 공정 (ib)에 있어서의 열처리 온도가 600 내지 1800℃의 범위인 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 제조 방법.The heat treatment temperature in the said process (ib) is the range of 600-1800 degreeC, The manufacturing method as described in (6) characterized by the above-mentioned.

(11) (11)

상기 공정 (ic)에 있어서의 열처리 온도가 600 내지 1800℃의 범위인 것을 특징으로 하는 (7)에 기재된 제조 방법.The heat treatment temperature in the said process (ic) is the range of 600-1800 degreeC, The manufacturing method as described in (7) characterized by the above-mentioned.

(12) (12)

상기 공정 (id)에 있어서의 열처리 온도가 600 내지 1800℃의 범위인 것을 특징으로 하는 (8)에 기재된 제조 방법.The heat treatment temperature in the said process (id) is the range of 600-1800 degreeC, The manufacturing method as described in (8) characterized by the above-mentioned.

(13) (13)

상기 공정 (ii)에 있어서의 열처리 온도가 400 내지 1400℃의 범위인 것을 특징으로 하는 (5) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.The heat treatment temperature in the said process (ii) is the range of 400-1400 degreeC, The manufacturing method in any one of (5)-(12) characterized by the above-mentioned.

(14) (14)

상기 공정 (ii)에 있어서의 불활성 가스 중의 산소 가스 농도가 0.1 내지 10용량%의 범위인 것을 특징으로 하는 (5) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.Oxygen gas concentration in the inert gas in the said process (ii) is 0.1-10 volume% of range, The manufacturing method in any one of (5)-(13) characterized by the above-mentioned.

(15) (15)

상기 공정 (ii)에 있어서의 불활성 가스가 수소 가스를 5용량% 이하의 범위로 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 (5) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.The inert gas in the said process (ii) contains hydrogen gas in 5 volume% or less of range, The manufacturing method in any one of (5)-(14) characterized by the above-mentioned.

(16) (16)

(1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매층.The catalyst layer for fuel cells containing the catalyst in any one of (1)-(4).

(17) (17)

전자 전도성 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 (16)에 기재된 연료 전지용 촉매층.The catalyst layer for a fuel cell according to (16), further comprising electron conductive particles.

(18) (18)

연료 전지용 촉매층과 다공질 지지층을 갖는 전극이며, 상기 연료 전지용 촉매층이 (16) 또는 (17)에 기재된 연료 전지용 촉매층인 것을 특징으로 하는 전극.An electrode having a fuel cell catalyst layer and a porous support layer, wherein the fuel cell catalyst layer is a fuel cell catalyst layer according to (16) or (17).

(19) (19)

캐소드와 애노드와 상기 캐소드 및 상기 애노드의 사이에 배치된 전해질막을 갖는 막 전극 접합체이며, 상기 캐소드 및/또는 상기 애노드가 (18)에 기재된 전극인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체.A membrane electrode assembly having a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode, wherein the cathode and / or the anode are the electrodes described in (18).

(20) (20)

(19)에 기재된 막 전극 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to (19).

(21) (21)

(19)에 기재된 막 전극 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 고분자형 연료 전지.A polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to (19).

본 발명의 촉매는, 산성 전해질 중이나 고전위에서 부식되지 않고, 안정적이며, 높은 산소 환원능을 갖고, 또한 백금과 비교하여 저렴하다. 따라서, 상기 촉매를 구비한 연료 전지는 비교적 저렴하고 성능이 우수하다.The catalyst of the present invention does not corrode in an acidic electrolyte or in a high potential, is stable, has a high oxygen reducing ability, and is inexpensive compared with platinum. Therefore, the fuel cell with the catalyst is relatively inexpensive and excellent in performance.

도 1은 실시예 1의 촉매 (1)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 2는 실시예 2의 촉매 (2)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 3은 실시예 3의 촉매 (3)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 4의 촉매 (4)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 5는 실시예 5의 촉매 (5)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 6은 실시예 6의 촉매 (6)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 7은 실시예 7의 촉매 (7)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 8은 실시예 8의 촉매 (8)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 9는 실시예 9의 촉매 (9)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 10은 실시예 10의 촉매 (10)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 11은 실시예 11의 촉매 (11)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 12는 실시예 12의 촉매 (13)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 13은 실시예 13의 촉매 (14)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 14는 실시예 13의 촉매 (14)의 분말 X선 회절 스펙트럼에서, 피크 해석한 도면이다.
도 15는 실시예 14의 촉매 (15)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 16은 실시예 14의 촉매 (15)의 분말 X선 회절 스펙트럼에서, 피크 해석한 도면이다.
도 17은 실시예 15의 촉매 (16)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 18은 실시예 15의 촉매 (16)의 분말 X선 회절 스펙트럼에서, 피크 해석한 도면이다.
도 19는 실시예 16의 촉매 (17)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 20은 실시예 16의 촉매 (17)의 분말 X선 회절 스펙트럼에서, 피크 해석한 도면이다.
도 21은 실시예 17의 촉매 (18)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 22는 실시예 17의 촉매 (18)의 분말 X선 회절 스펙트럼에서, 피크 해석한 도면이다.
도 23은 실시예 18의 촉매 (19)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 24는 실시예 19의 촉매 (20)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 25는 실시예 20의 촉매 (21)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 26은 실시예 20의 촉매 (21)의 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도이다.
도 27은 실시예 21의 촉매 (22)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 28은 실시예 21의 촉매 (22)의 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도이다.
도 29는 실시예 22의 촉매 (23)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 30은 실시예 22의 촉매 (23)의 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도이다.
도 31은 실시예 23의 촉매 (24)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 32는 실시예 23의 촉매 (24)의 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도이다.
도 33은 실시예 24의 촉매 (25)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 34는 실시예 24의 촉매 (25)의 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도이다.
도 35는 실시예 25의 촉매 (26)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 36은 실시예 25의 촉매 (26)의 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도이다.
도 37은 실시예 26의 촉매 (27)의 분말 X선 회절 스펙트럼이다.
도 38은 실시예 26의 촉매 (27)의 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도이다.
도 39는 실시예 1의 연료 전지용 전극 (1)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 40은 실시예 2의 연료 전지용 전극 (2)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 41은 실시예 3의 연료 전지용 전극 (3)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 42는 실시예 4의 연료 전지용 전극 (4)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 43은 실시예 5의 연료 전지용 전극 (5)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 44는 실시예 6의 연료 전지용 전극 (6)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 45는 실시예 7의 연료 전지용 전극 (7)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 46은 실시예 8의 연료 전지용 전극 (8)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 47은 실시예 9의 연료 전지용 전극 (9)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 48은 실시예 10의 연료 전지용 전극 (10)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 49는 실시예 11의 연료 전지용 전극 (11)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 50은 비교예 1의 연료 전지용 전극 (12)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 51은 실시예 12의 연료 전지용 전극 (13)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 52는 실시예 13의 연료 전지용 전극 (14)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 53은 실시예 14의 연료 전지용 전극 (15)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 54는 실시예 15의 연료 전지용 전극 (16)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 55는 실시예 16의 연료 전지용 전극 (17)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 56은 실시예 17의 연료 전지용 전극 (18)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 57은 실시예 18의 연료 전지용 전극 (19)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 58은 실시예 19의 연료 전지용 전극 (20)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 59는 실시예 20의 연료 전지용 전극 (21)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 60은 실시예 21의 연료 전지용 전극 (22)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 61은 실시예 22의 연료 전지용 전극 (23)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 62는 실시예 23의 연료 전지용 전극 (24)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 63은 실시예 24의 연료 전지용 전극 (25)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 64는 실시예 25의 연료 전지용 전극 (26)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 65는 실시예 26의 연료 전지용 전극 (27)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 66은 비교예 2의 연료 전지용 전극 (28)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
도 67은 비교예 3의 연료 전지용 전극 (29)의 산소 환원능을 평가한 그래프이다.
1 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (1) of Example 1. FIG.
2 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (2) of Example 2. FIG.
3 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (3) of Example 3. FIG.
4 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (4) of Example 4. FIG.
5 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (5) of Example 5. FIG.
6 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (6) of Example 6. FIG.
7 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (7) of Example 7. FIG.
8 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (8) of Example 8. FIG.
9 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (9) of Example 9. FIG.
10 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 10 of Example 10. FIG.
11 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (11) of Example 11. FIG.
12 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (13) of Example 12. FIG.
13 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 14 of Example 13. FIG.
14 is a diagram of peak analysis of powder X-ray diffraction spectrum of catalyst 14 of Example 13. FIG.
15 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (15) of Example 14. FIG.
16 is a diagram of peak analysis from powder X-ray diffraction spectrum of catalyst (15) of Example 14. FIG.
17 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 16 of Example 15. FIG.
FIG. 18 is a diagram of peak analysis of powder X-ray diffraction spectrum of catalyst 16 of Example 15. FIG.
19 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 17 of Example 16. FIG.
Fig. 20 shows the peak analysis of the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 17 of Example 16.
21 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 18 of Example 17. FIG.
Fig. 22 shows the peak analysis of the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 18 of Example 17.
23 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 19 of Example 18. FIG.
24 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 20 of Example 19. FIG.
25 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 21 of Example 20. FIG.
FIG. 26 is an enlarged view of the diffraction angle 2θ = 30 ° to 45 ° in the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 21 of Example 20. FIG.
27 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 22 of Example 21.
FIG. 28 is an enlarged view of the diffraction angle 2θ = 30 ° to 45 ° in the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 22 of Example 21. FIG.
29 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 23 of Example 22. FIG.
30 is an enlarged view of the diffraction angle 2θ = 30 ° to 45 ° in the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 23 of Example 22. FIG.
31 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 24 of Example 23. FIG.
32 is an enlarged view of the diffraction angle 2θ = 30 ° to 45 ° in the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 24 of Example 23. FIG.
33 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 25 of Example 24. FIG.
Fig. 34 is an enlarged view of the diffraction angle 2θ = 30 ° to 45 ° in the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 25 of Example 24.
35 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 26 of Example 25.
36 is an enlarged view of the diffraction angle 2θ = 30 ° to 45 ° in the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 26 of Example 25. FIG.
37 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 27 of Example 26. FIG.
FIG. 38 is an enlarged view of the diffraction angle 2θ = 30 ° to 45 ° in the powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 27 of Example 26. FIG.
39 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 1 of Example 1. FIG.
40 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 2 of Example 2. FIG.
FIG. 41 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 3 of Example 3. FIG.
42 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 4 of Example 4. FIG.
43 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 5 of Example 5. FIG.
44 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 6 of Example 6. FIG.
45 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 7 of Example 7. FIG.
46 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 8 of Example 8. FIG.
FIG. 47 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 9 of Example 9. FIG.
48 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 10 of Example 10. FIG.
FIG. 49 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 11 of Example 11. FIG.
50 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 12 of Comparative Example 1. FIG.
FIG. 51 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 13 of Example 12. FIG.
52 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 14 of Example 13. FIG.
FIG. 53 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 15 of Example 14. FIG.
54 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 16 of Example 15. FIG.
55 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 17 of Example 16. FIG.
56 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 18 of Example 17. FIG.
57 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 19 of Example 18. FIG.
58 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 20 of Example 19. FIG.
59 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 21 of Example 20. FIG.
FIG. 60 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 22 of Example 21. FIG.
61 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 23 of Example 22. FIG.
62 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 24 of Example 23. FIG.
FIG. 63 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 25 of Example 24. FIG.
64 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 26 of Example 25. FIG.
65 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 27 of Example 26. FIG.
66 is a graph evaluating the oxygen reduction ability of the fuel cell electrode 28 of Comparative Example 2. FIG.
67 is a graph evaluating the oxygen reduction capacity of the fuel cell electrode 29 of Comparative Example 3. FIG.

<촉매> <Catalyst>

본 발명의 촉매는 주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M 및 니오븀을 함유하는 금속 탄질산화물을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.The catalyst of the present invention is tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, yttrium At least one metal M and niobium selected from the group consisting of ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium and nickel It is characterized by containing a metal carbonitride.

또한, 상기 금속 탄질산화물의 조성식은 NbaMbCxNyOz(단, a, b, x, y, z는 원자수의 비를 나타내고, 0.01≤a<1, 0<b≤0.99, 0.01≤x≤2, 0.01≤y≤2, 0.01≤z≤3, a+b=1, 또한 x+y+z≤5임)로 나타내어지는 것이 바람직하다.In addition, the composition formula of the metal carbonitride oxide is Nb a M b C x N y O z (where a, b, x, y, z represents the ratio of the number of atoms, 0.01≤a <1, 0 <b≤0.99 , 0.01 ≦ x ≦ 2, 0.01 ≦ y ≦ 2, 0.01 ≦ z ≦ 3, a + b = 1, and x + y + z ≦ 5).

상기 조성식에 있어서, 0.05≤a≤0.99, 0.01≤b≤0.95(보다 바람직하게는 0.50≤a≤0.99, 0.01≤b≤0.50, 더욱 바람직하게는 0.80≤a≤0.99, 0.01≤b≤0.20), 0.01≤x≤2, 0.01≤y≤2, 0.05≤z≤3, 또한 0.07≤x+y+z≤5인 것이 바람직하다.In the above composition formula, 0.05≤a≤0.99, 0.01≤b≤0.95 (more preferably 0.50≤a≤0.99, 0.01≤b≤0.50, still more preferably 0.80≤a≤0.99, 0.01≤b≤0.20), It is preferable that 0.01≤x≤2, 0.01≤y≤2, 0.05≤z≤3, and 0.07≤x + y + z≤5.

각 원자수의 비가 상기 범위이면, 산소 환원 전위가 높아지는 경향이 있어 바람직하다.If the ratio of each atom number is the said range, since there exists a tendency for oxygen reduction potential to become high, it is preferable.

또한, 본 발명에 있어서, 금속 M이 백금인 경우, 가격이 높고, 또한 자원량이 한정되어 있는 백금의 사용량을 억제하므로, 상기 조성식(NbaMbCxNyOz)에 있어서의 b는 0.50 이하이고, 바람직하게는 0.20 이하이다.In the present invention, when the metal M is platinum, the amount of platinum, which is high in price and limited in resource amount, is suppressed, so that b in the composition formula (Nb a M b C x N y O z ) is It is 0.50 or less, Preferably it is 0.20 or less.

본 발명에 있어서「금속 M 및 니오븀을 함유하는 금속 탄질산화물」이라 함은, 조성식이 NbaMbCxNyOz로 나타내어지는 화합물, 또는 금속 M의 산화물, 금속 M의 탄화물, 금속 M의 질화물, 금속 M의 탄질화물, 금속 M의 탄산화물, 금속 M의 질산화물, 니오븀의 산화물, 니오븀의 탄화물, 니오븀의 질화물, 니오븀의 탄질화물, 니오븀의 탄산화물, 니오븀의 질산화물, 금속 M 및 니오븀을 함유하는 산화물, 금속 M 및 니오븀을 함유하는 탄화물, 금속 M 및 니오븀을 함유하는 질화물, 금속 M 및 니오븀을 함유하는 탄질화물, 금속 M 및 니오븀을 함유하는 탄산화물, 금속 M 및 니오븀을 함유하는 질산화물 등을 포함하고, 조성식이 전체적으로 NbaMbCxNyOz로 나타내어지는 혼합물(단, NbaMbCxNyOz로 나타내어지는 화합물을 포함하고 있어도 되고 없어도 됨), 혹은 그 양쪽을 의미한다. 그중에서도, 산소 결함을 갖는 Nb12O29 등의 니오븀의 산화물을 포함하고 있으면, 얻어지는 촉매의 산소 환원 전위가 높아지는 경향이 있어 바람직하다.In the present invention, the "metal carbonitride oxide containing metal M and niobium" means a compound represented by Nb a M b C x N y O z , or an oxide of metal M, carbide of metal M, metal M Nitride, Nitride of Metal M, Carbon of Metal M, Nitride of Metal M, Niobium, Oxide of Niobium, Carbide of Niobium, Nitride of Niobium, Carbonitride of Niobium, Carbonate of Niobium, Nitride of Niobium, Metal M and Niobium Oxides containing metals, carbides containing metal M and niobium, nitrides containing metal M and niobium, carbonitrides containing metal M and niobium, carbides containing metal M and niobium, containing metal M and niobium A mixture containing nitric oxide and the like, the composition of which is represented by Nb a M b C x N y O z as a whole (but may or may not contain a compound represented by Nb a M b C x N y O z ), Or both. Of these, if it contains a niobium oxide such as Nb 12 O 29 having oxygen defects, it is preferred there is a tendency that higher oxygen reduction potential of the resulting catalyst.

또한, 분말 X선 회절법(Cu-Kα선)에 의해 상기 화합물을 측정하였을 때에, 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 2개 이상 관측되는 것이 바람직하다. 회절선 피크가 2개 이상 관측되면, 얻어지는 촉매의 산소 환원 전위가 높아지는 경향이 있는 점에서 바람직하다.In addition, when the said compound is measured by the powder X-ray diffraction method (Cu-K (alpha)), it is preferable that 2 or more diffraction line peaks are observed between diffraction angles 2 (theta) = 33 degrees-43 degrees. When two or more diffraction line peaks are observed, it is preferable at the point which the oxygen reduction potential of the catalyst obtained tends to become high.

회절선 피크라 함은, 시료(결정질)에 다양한 각도로 X선을 조사한 경우에, 특이적인 회절 각도 및 회절 강도에서 얻어지는 피크를 말한다. 본 발명에 있어서는, 신호(S)와 노이즈(N)의 비(S/N)를 2 이상으로 검출할 수 있는 시그널을 하나의 회절선 피크로서 간주한다. 여기서, 노이즈(N)는 베이스라인의 폭으로 하였다.The diffraction line peak refers to a peak obtained at a specific diffraction angle and diffraction intensity when the sample (crystalline) is irradiated with X-rays at various angles. In the present invention, a signal capable of detecting the ratio S / N of the signal S and the noise N to two or more is regarded as one diffraction line peak. Here, the noise N was taken as the width of the baseline.

X선 회절법의 측정 장치로서는, 예를 들어 분말 X선 해석 장치: 리가꾸 RAD-RX를 사용하여 행할 수 있고, 그 측정 조건으로서는, X선 출력(Cu-Kα): 50kV, 180mA, 주사축: θ/2θ, 측정 범위(2θ): 10°내지 89.98°, 측정 모드: FT, 스캐닝 폭: 0.02°, 샘플링 시간: 0.70초, DS, SS, RS: 0.5°, 0.5°, 0.15㎜, 고니오미터 반경: 185㎜이다.As a measuring apparatus of the X-ray diffraction method, for example, a powder X-ray analyzer: Rigaku RAD-RX can be used, and as the measuring conditions, X-ray output (Cu-Kα): 50 kV, 180 mA, scanning axis : θ / 2θ, Measurement range (2θ): 10 ° to 89.98 °, Measurement mode: FT, Scanning width: 0.02 °, Sampling time: 0.70 sec, DS, SS, RS: 0.5 °, 0.5 °, 0.15 mm, Cygnus 5 meters radius: 185 mm.

또한, 상기 금속 탄질산화물이 몇 개의 상을 포함하는 혼합물이며, 분말 X선 회절법(Cu-Kα선)에 의해 상기 금속 탄질산화물을 측정하였을 때에, Nb12O29 유래의 피크가 관측되는 것이 바람직하다. 그 밖에 NbO, NbO2, Nb2O5, Nb25O62, Nb47O116, Nb22O54 등의 산화물 유래의 피크가 관측되어도 된다.Further, a mixture of the metal shot oxynitride contains several phase, the powder X-ray time by diffraction method (Cu-Kα ray) was measured for the metal-carbon oxynitride, it is preferable that the Nb 12 O 29-derived peak observed Do. In addition, peaks derived from oxides such as NbO, NbO 2 , Nb 2 O 5 , Nb 25 O 62 , Nb 47 O 116 , and Nb 22 O 54 may be observed.

상기 금속 탄질산화물의 구조는 명백하지는 않지만, 상기 금속 탄질산화물 중에는, 산소 결함을 갖는 Nb12O29 등이 산화물로 이루어지는 상이 존재하고 있다고 생각된다. 통상, 단독의 Nb12O29는 높은 산소 환원능을 발현하지 않지만, 상기 금속 탄질산화물은 산소 결함을 갖는 Nb12O29 등이 산화물로 이루어지는 상이 존재하므로, 최종적으로 얻어지는 촉매는 높은 산소 환원능을 갖는다고, 본 발명자들은 추정하고 있다.The metal structure of the carbon nitrogen oxides include, but are not apparent, while the metallic carbon oxynitride, such as Nb 12 O 29 having oxygen defects is considered to exist consisting of a different oxide. Usually, Nb 12 O 29 alone does not express high oxygen reduction ability, but since the metal carbonitride has a phase in which Nb 12 O 29 or the like having an oxygen defect is present, the finally obtained catalyst has high oxygen reduction ability. The present inventors presume.

상기 금속 탄질산화물에 있어서, 산소 결함을 갖는 Nb12O29를 하나의 유닛으로 하면, 각 유닛의 Nb와 Nb 사이에서 산소가 브리지 배위(Nb-O-O-Nb)하고 있다고 생각된다. 산소 환원능의 발현의 메커니즘은 명백하지는 않지만, 상기 브리지 배위(Nb-O-O-Nb)에 기여하고 있는 Nb가 활성점이 되어, 산소 환원능이 발현한다고 추정된다. 산소 결함을 갖는 Nb12O29이 각 유닛에서 겹치면, 유닛간의 Nb와 Nb의 결합 거리가 짧아진다. 상기 결합 거리가 짧은 부분이 많아질수록, 산소 환원능이 향상된다고 생각된다. 또한, 이 유닛에, 탄소 또는 질소가 개재함으로써, Nb 주변의 전자 밀도가 변화하여 촉매 활성이 향상된다고 추정된다. 또한, 탄소, 질소의 개재로 전자 전도성이 향상되고 있다고도 추정할 수 있지만, 성능 향상의 이유는 분명하지는 않다.In the metal carbon oxide, when Nb 12 O 29 having an oxygen defect is used as one unit, it is considered that oxygen is bridged in the bridge configuration (Nb-OO-Nb) between Nb and Nb of each unit. Although the mechanism of expression of oxygen reduction ability is not clear, it is presumed that Nb contributing to the bridge coordination (Nb-OO-Nb) becomes the active point and the oxygen reduction ability is expressed. When Nb 12 O 29 having an oxygen defect overlaps in each unit, the bonding distance between Nb and Nb between the units becomes short. It is thought that the oxygen reduction ability improves, so that the part with a short said bond distance increases. In addition, it is presumed that, by intervening carbon or nitrogen in this unit, the electron density around Nb changes to improve the catalytic activity. In addition, it can be estimated that the electron conductivity is improved by intervening carbon and nitrogen, but the reason for the performance improvement is not clear.

본 발명에 사용하는 촉매의, 하기 측정법 (A)에 따라서 측정되는 산소 환원 개시 전위는, 가역 수소 전극을 기준으로 하여 바람직하게는 0.5V(vs.NHE) 이상이다.The oxygen reduction initiation potential measured according to the following measuring method (A) of the catalyst used in the present invention is preferably 0.5 V (vs. NHE) or more based on the reversible hydrogen electrode.

〔측정법 (A): [Measurement Method (A):

전자 전도성 입자인 탄소에 분산시킨 촉매가 1질량%가 되도록, 상기 촉매 및 탄소를 용제 내에 넣고, 초음파로 교반하여 현탁액을 얻는다. 또한, 탄소원으로서는, 카본 블랙(비표면적: 100 내지 300㎡/g)(예를 들어 캐봇사제 XC-72)을 사용하고, 촉매와 탄소가 질량비로 95:5가 되도록 분산시킨다. 또한, 용제로서는, 이소프로필알코올:물(질량비)=2:1을 사용한다.The catalyst and carbon are placed in a solvent and stirred by ultrasonic waves to obtain a suspension so that the catalyst dispersed in carbon, which is electron conductive particles, is 1% by mass. In addition, as a carbon source, carbon black (specific surface area: 100-300 m <2> / g) (for example, XC-72 by Cabot Corporation) is used, and it disperse | distributes so that a catalyst and carbon may be 95: 5 by mass ratio. In addition, isopropyl alcohol: water (mass ratio) = 2: 1 is used as a solvent.

상기 현탁액을, 초음파를 가하면서 30μl를 채취하여, 빠르게 글래시 카본 전극(직경: 5.2㎜) 상에 적하하고, 120℃에서 1시간 건조시킨다. 건조함으로써 촉매를 포함하는 연료 전지용 촉매층이 글래시 카본 전극 상에 형성된다.30 microliters are extract | collected, adding an ultrasonic wave, it is dripped rapidly on a glass carbon electrode (diameter: 5.2 mm), and it is made to dry at 120 degreeC for 1 hour. By drying, the catalyst layer for fuel cells containing a catalyst is formed on a glass carbon electrode.

계속해서 나피온[듀퐁사 5% 나피온 용액(DE521)]을 순수로 10배로 희석한 것을, 또한 상기 연료 전지용 촉매층 상에 10μl 적하한다. 이를 120℃에서 1시간 건조시킨다.Subsequently, 10 μl of Nafion (Dupont's 5% Nafion solution (DE521)) diluted 10-fold with pure water is further added dropwise onto the fuel cell catalyst layer. It is dried at 120 ° C. for 1 hour.

이와 같이 하여, 얻어진 전극을 사용하여, 산소 분위기 및 질소 분위기에서, 0.5mol/d㎥의 황산 용액 중, 30℃의 온도에서, 동일 농도의 황산 용액 중에서의 가역 수소 전극을 참조 전극이라고 하고, 5mV/초의 전위 주사 속도로 분극함으로써 전류-전위 곡선을 측정하였을 때의, 산소 분위기에서의 환원 전류와 질소 분위기에서의 환원 전류에 0.2μA/㎠ 이상의 차가 나타나기 시작하는 전위를 산소 환원 개시 전위라고 한다.〕 By using the electrode thus obtained, a reversible hydrogen electrode in a sulfuric acid solution having the same concentration in a sulfuric acid solution of 0.5 mol / dm 3 in a sulfuric acid solution of 0.5 mol / dm 3 in an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere is referred to as a reference electrode, and 5 mV. The potential at which a difference of 0.2 μA / cm 2 or more starts to appear in the reduction current in the oxygen atmosphere and the reduction current in the nitrogen atmosphere when the current-potential curve is measured by polarizing at a potential scanning speed of / sec is referred to as the oxygen reduction start potential. ]

상기 산소 환원 개시 전위가 0.7V(vs.NHE) 미만이면, 상기 촉매를 연료 전지의 캐소드용 촉매로서 사용하였을 때에 과산화수소가 발생하는 경우가 있다. 또한 산소 환원 개시 전위는 0.85V(vs.NHE) 이상인 것이, 적절하게 산소를 환원하므로 바람직하다. 또한, 산소 환원 개시 전위는 높을수록 바람직하고, 특별히 상한은 없지만, 산소 환원 개시 전위의 상한은 이론값인 1.23V(vs.NHE)이다.When the oxygen reduction start potential is less than 0.7 V (vs. NHE), hydrogen peroxide may be generated when the catalyst is used as a catalyst for a cathode of a fuel cell. In addition, the oxygen reduction initiation potential is preferably 0.85 V (vs. NHE) or more, since oxygen is appropriately reduced. In addition, the higher the oxygen reduction initiation potential is preferable, and there is no particular upper limit, but the upper limit of the oxygen reduction initiation potential is 1.23 V (vs. NHE), which is a theoretical value.

상기 촉매를 사용하여 형성된 본 발명의 연료 전지용 촉매층은 산성 전해질 중에 있어서 0.4V(vs.NHE) 이상의 전위에서 사용되는 것이 바람직하고, 전위의 상한은, 전극의 안정성에 의해 결정되고, 산소가 발생하는 전위인 약 1.23V(vs.NHE)까지 사용 가능하다.The catalyst layer for fuel cells of the present invention formed using the catalyst is preferably used at an electric potential of 0.4 V (vs. NHE) or higher in an acidic electrolyte, and the upper limit of the electric potential is determined by the stability of the electrode, where oxygen is generated. A potential of up to about 1.23 V (vs. NHE) can be used.

이 전위가 0.4V(vs.NHE) 미만인 경우, 화합물의 안정성이라는 관점에서는 전혀 문제는 없지만, 산소를 적절하게 환원할 수 없어, 연료 전지에 포함되는 막 전극 접합체의 연료 전지용 촉매층으로서의 유용성은 부족하다.If the potential is less than 0.4 V (vs. NHE), there is no problem at all from the viewpoint of the stability of the compound, but oxygen cannot be properly reduced, and the usefulness of the membrane electrode assembly included in the fuel cell as a fuel cell catalyst layer is insufficient. .

<촉매의 제조 방법> <Method for Preparing Catalyst>

상기 촉매의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M 및 니오븀을 함유하는 금속 탄질화물을, 산소를 포함하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써, 주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M 및 니오븀을 함유하는 금속 탄질산화물을 얻는 공정을 포함하는 제조 방법을 들 수 있다.The method for producing the catalyst is not particularly limited, but for example, tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, At least 1 selected from the group consisting of gold, silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium and nickel Metal carbonitrides containing the species of metal M and niobium are heat-treated in an inert gas containing oxygen, thereby forming tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, Cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium And a process for obtaining a metal carbonitride containing at least one metal M and niobium selected from the group consisting of europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium and nickel. have.

상기 공정에 사용하는 상기 금속 탄질화물을 얻는 방법으로서는, 상기 금속 M의 산화물, 산화니오븀 및 탄소와의 혼합물을, 질소 분위기 또는 질소를 함유하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법 (I), 상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 혼합물을, 질소 가스 등의 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법 (II), 또는 상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀, 질화니오븀 및 산화니오븀의 혼합물을, 질소 가스 등의 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법 (III), 또는 상기 금속 M을 함유하는 화합물(예를 들어 유기산염, 염화물, 탄화물, 질화물, 착체 등), 탄화니오븀 및 질화니오븀의 혼합물을, 질소 가스 등의 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법 (IV) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 금속 탄질화물을 얻을 수 있으면, 원료로서는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 상기 제조 방법 (I) 내지 (IV)에 있어서의 원료, 그 밖의 원료를 조합하여 사용할 수 있다. 이와 같이 조합한 혼합물을, 질소 가스 등의 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법 (V)이어도 된다.As a method of obtaining the said metal carbonitride used for the said process, the metal carbonitride is manufactured by heat-processing the mixture of the oxide of metal M, niobium oxide, and carbon in nitrogen atmosphere or inert gas containing nitrogen (I) ), A method of producing metal carbonitride by heat-treating a mixture of the oxide of metal M, niobium carbide and niobium nitride in an inert gas such as nitrogen gas, or the oxide of metal M, niobium carbide, niobium nitride and Method (III) for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of niobium oxide in an inert gas such as nitrogen gas, or a compound containing the metal M (for example, an organic acid salt, chloride, carbide, nitride, complex, etc.) , Niobium carbide and niobium nitride mixture by heat-treating in an inert gas such as nitrogen gas A and a method for producing (IV). Moreover, as long as the said metal carbonitride can be obtained, it will not specifically limit as a raw material, For example, the raw material in the said manufacturing methods (I)-(IV), and other raw materials can be used in combination. The method (V) which manufactures a metal carbonitride by heat-processing the mixture thus combined in inert gas, such as nitrogen gas, may be sufficient.

[제조 방법 (I)] [Manufacturing Method (I)]

제조 방법 (I)은, 상기 금속 M의 산화물, 산화니오븀 및 탄소와의 혼합물을, 질소 분위기 또는 질소를 함유하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법이다.The manufacturing method (I) is a method of manufacturing metal carbonitride by heat-treating the mixture of the said oxide of metal M, niobium oxide, and carbon in nitrogen atmosphere or inert gas containing nitrogen.

금속 탄질화물을 제조할 때의 열처리 온도는 600℃ 내지 1800℃의 범위이고, 바람직하게는 800 내지 1600℃의 범위이다. 상기 열처리 온도가 상기 범위 내이면, 결정성 및 균일성이 양호한 점에서 바람직하다. 상기 열처리 온도가 600℃ 미만이면 결정성이 나쁘고, 균일성이 나빠지는 경향이 있고, 1800℃ 이상이면 소결하기 쉬워지는 경향이 있다.The heat treatment temperature at the time of producing a metal carbonitride is the range of 600 degreeC-1800 degreeC, Preferably it is the range of 800-1600 degreeC. If the said heat processing temperature is in the said range, it is preferable at the point which crystallinity and uniformity are favorable. If the said heat treatment temperature is less than 600 degreeC, crystallinity will be bad, and there exists a tendency for uniformity to worsen, and if it is 1800 degreeC or more, it will tend to become easy to sinter.

원료의 금속 M의 산화물은, 산화주석, 산화인듐, 산화백금, 산화탄탈, 산화지르코늄, 산화구리, 산화철, 산화텅스텐, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화하프늄, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화코발트, 산화망간, 산화세륨, 산화수은, 산화플루토늄, 산화금, 산화은, 산화이리듐, 산화팔라듐, 산화이트륨, 산화루테늄, 산화란탄, 산화세륨, 산화프라세오디뮴, 산화네오디뮴, 산화프로메튬, 산화사마륨, 산화유로퓸, 산화가돌리늄, 산화테르븀, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀, 산화튤륨, 산화이테르븀, 산화루테튬 및 산화니켈 등을 들 수 있다. 금속 M의 산화물은 1종류 이상 사용할 수 있다.The oxides of the metal M of the raw material are tin oxide, indium oxide, platinum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, copper oxide, iron oxide, tungsten oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, hafnium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, cobalt oxide, and oxide Manganese, cerium oxide, mercury oxide, plutonium oxide, gold oxide, silver oxide, iridium oxide, palladium oxide, yttrium oxide, ruthenium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide , Terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, erbium oxide, tulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, nickel oxide and the like. One or more types of oxides of the metal M can be used.

원료의 산화니오븀으로서는, NbO, NbO2나 Nb2O5 등을 들 수 있다.As a niobium oxide of the starting materials, and the like NbO, NbO 2 and Nb 2 O 5.

원료의 탄소로서는, 카본, 카본 블랙, 그래파이트, 흑연, 활성탄, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼, 풀러렌을 들 수 있다. 카본 분말의 입경이 더욱 작으면, 비표면적이 커져, 산화물과 반응하기 쉬워지므로 바람직하다. 예를 들어, 카본 블랙(비표면적: 100 내지 300㎡/g, 예를 들어 캐봇사제 XC-72) 등이 적절하게 사용된다.Examples of the carbon of the raw material include carbon, carbon black, graphite, graphite, activated carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and fullerenes. If the particle diameter of the carbon powder is further smaller, the specific surface area becomes large, and thus it is preferable to react with the oxide, which is preferable. For example, carbon black (specific surface area: 100-300 m <2> / g, for example XC-72 by Cabot Corporation) etc. is used suitably.

상기 어느 원료를 사용해도, 상기 금속 M의 산화물, 산화니오븀 및 탄소로부터 얻어지는 금속 탄질화물을, 산소를 포함하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 얻어지는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매는 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높다.Even if any of the above raw materials are used, the catalyst containing the metal carbonitride obtained by heat-treating the metal carbonitride obtained from the oxide, niobium oxide and carbon of the metal M in an inert gas containing oxygen has a high oxygen reduction initiation potential and is active. This is high.

상기 금속 M의 산화물, 산화니오븀 및 탄소의 배합량(몰비)을 제어하면, 적절한 금속 탄질화물을 얻을 수 있다.By controlling the compounding amount (molar ratio) of the oxide, niobium oxide, and carbon of the metal M, an appropriate metal carbonitride can be obtained.

상기 배합량(몰비)은, 통상 산화니오븀 1몰에 대하여, 상기 금속 M의 산화물이 0.01 내지 10몰, 탄소가 1 내지 10몰이며, 바람직하게는, 산화니오븀 1몰에 대하여, 상기 금속 M의 산화물이 0.01 내지 4몰, 탄소가 2 내지 6몰이다. 상기 범위를 만족하는 배합 몰비로 만들어진 금속 탄질화물을 사용하면, 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높은 금속 탄질산화물을 얻게 되는 경향이 있다.The said compounding quantity (molar ratio) is 0.01-10 mol of oxides of the said metal M, and 1-10 mol of carbons normally with respect to 1 mol of niobium oxides, Preferably, it is an oxide of said metal M with respect to 1 mol of niobium oxides 0.01-4 mol of this and 2-6 mol of carbon. When the metal carbonitride made from the compounding molar ratio which satisfy | fills the said range is used, it exists in the tendency to obtain the metal carbonitride which has high oxygen reduction initiation potential and high activity.

[제조 방법 (II)] [Manufacturing Method (II)]

제조 방법 (II)는, 상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 혼합물을, 질소 가스 등의 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법이다.Manufacturing method (II) is a method of manufacturing metal carbonitride by heat-processing the mixture of the said oxide of metal M, niobium carbide, and niobium nitride in inert gas, such as nitrogen gas.

금속 탄질화물을 제조할 때의 열처리 온도는 600℃ 내지 1800℃의 범위이고, 바람직하게는 800 내지 1600℃의 범위이다. 상기 열처리 온도가 상기 범위 내이면, 결정성 및 균일성이 양호한 점에서 바람직하다. 상기 열처리 온도가 600℃ 미만이면 결정성이 나쁘고, 균일성이 나빠지는 경향이 있고, 1800℃ 이상이면 소결하기 쉬워지는 경향이 있다.The heat treatment temperature at the time of producing a metal carbonitride is the range of 600 degreeC-1800 degreeC, Preferably it is the range of 800-1600 degreeC. If the said heat processing temperature is in the said range, it is preferable at the point which crystallinity and uniformity are favorable. If the said heat treatment temperature is less than 600 degreeC, crystallinity will be bad, and there exists a tendency for uniformity to worsen, and if it is 1800 degreeC or more, it will tend to become easy to sinter.

원료로서는, 상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀 및 질화니오븀을 사용한다.As the raw material, oxides of the metal M, niobium carbide and niobium nitride are used.

원료의 금속 M의 산화물은, 산화주석, 산화인듐, 산화백금, 산화탄탈, 산화지르코늄, 산화구리, 산화철, 산화텅스텐, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화하프늄, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화코발트, 산화망간, 산화세륨, 산화수은, 산화플루토늄, 산화금, 산화은, 산화이리듐, 산화팔라듐, 산화이트륨, 산화루테늄, 산화란탄, 산화세륨, 산화프라세오디뮴, 산화네오디뮴, 산화프로메튬, 산화사마륨, 산화유로퓸, 산화가돌리늄, 산화테르븀, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀, 산화튤륨, 산화이테르븀, 산화루테튬 및 산화니켈 등을 들 수 있다. 금속 M의 산화물은 1종류 이상 사용할 수 있다.The oxides of the metal M of the raw material are tin oxide, indium oxide, platinum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, copper oxide, iron oxide, tungsten oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, hafnium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, cobalt oxide, and oxide Manganese, cerium oxide, mercury oxide, plutonium oxide, gold oxide, silver oxide, iridium oxide, palladium oxide, yttrium oxide, ruthenium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide , Terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, erbium oxide, tulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, nickel oxide and the like. One or more types of oxides of the metal M can be used.

원료의 탄화니오븀으로서는, NbC 등을 들 수 있다.As niobium carbide of a raw material, NbC etc. are mentioned.

원료의 질화니오븀으로서는, NbN 등을 들 수 있다.As niobium nitride as a raw material, NbN etc. are mentioned.

상기 어느 원료를 사용해도, 상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀 및 질화니오븀으로부터 얻어지는 금속 탄질화물을, 산소를 포함하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 얻어지는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매는 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높다.Even if any of the above raw materials are used, the catalyst containing the metal carbonitride obtained by heat-treating the metal carbonitride obtained from the oxide of metal M, niobium carbide and niobium nitride in an inert gas containing oxygen, has a high oxygen reduction initiation potential, High activity

상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 배합량(몰비)을 제어하면, 적절한 금속 탄질화물을 얻을 수 있다. 상기 배합량(몰비)은, 통상, 질화니오븀(NbN) 1몰에 대하여, 탄화니오븀(NbC)이 0.01 내지 500몰, 상기 금속 M의 산화물이 0.01 내지 50몰이며, 바람직하게는 질화니오븀(NbN) 1몰에 대하여, 탄화니오븀(NbC)이 0.1 내지 300몰, 상기 금속 M의 산화물이 0.1 내지 30몰이다. 상기 범위를 만족하는 배합 몰비로 만들어진 금속 탄질화물을 사용하면, 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높은 금속 탄질산화물을 얻게 되는 경향이 있다.Proper metal carbonitride can be obtained by controlling the compounding amount (molar ratio) of the said oxide of metal M, niobium carbide, and niobium nitride. The compounding amount (molar ratio) is usually 0.01 to 500 mol of niobium carbide (NbC) and 0.01 to 50 mol of oxide of the metal M, with respect to 1 mol of niobium nitride (NbN), preferably niobium nitride (NbN) Niobium carbide (NbC) is 0.1-300 mol with respect to 1 mol, and the oxide of the said metal M is 0.1-30 mol. When the metal carbonitride made from the compounding molar ratio which satisfy | fills the said range is used, it exists in the tendency to obtain the metal carbonitride which has high oxygen reduction initiation potential and high activity.

[제조 방법 (III)] [Manufacturing Method (III)]

제조 방법 (III)은, 상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀, 질화니오븀 및 산화니오븀의 혼합물을, 질소 가스 등의 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법이다.Manufacturing method (III) is a method of manufacturing metal carbonitride by heat-treating the mixture of the said oxide of metal M, niobium carbide, niobium nitride, and niobium oxide in inert gas, such as nitrogen gas.

금속 탄질화물을 제조할 때의 열처리 온도는 600℃ 내지 1800℃의 범위이고, 바람직하게는 800 내지 1600℃의 범위이다. 상기 열처리 온도가 상기 범위 내이면, 결정성 및 균일성이 양호한 점에서 바람직하다. 상기 열처리 온도가 600℃ 미만이면 결정성이 나쁘고, 균일성이 나빠지는 경향이 있고, 1800℃ 이상이면 소결하기 쉬워지는 경향이 있다.The heat treatment temperature at the time of producing a metal carbonitride is the range of 600 degreeC-1800 degreeC, Preferably it is the range of 800-1600 degreeC. If the said heat processing temperature is in the said range, it is preferable at the point which crystallinity and uniformity are favorable. If the said heat treatment temperature is less than 600 degreeC, crystallinity will be bad, and there exists a tendency for uniformity to worsen, and if it is 1800 degreeC or more, it will tend to become easy to sinter.

원료로서는, 상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀, 질화니오븀 및 산화니오븀을 사용한다.As the raw material, oxides of the metal M, niobium carbide, niobium nitride, and niobium oxide are used.

원료의 금속 M의 산화물은, 산화주석, 산화인듐, 산화백금, 산화탄탈, 산화지르코늄, 산화구리, 산화철, 산화텅스텐, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화하프늄, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화코발트, 산화망간, 산화세륨, 산화수은, 산화플루토늄, 산화금, 산화은, 산화이리듐, 산화팔라듐, 산화이트륨, 산화루테늄, 산화란탄, 산화세륨, 산화프라세오디뮴, 산화네오디뮴, 산화프로메튬, 산화사마륨, 산화유로퓸, 산화가돌리늄, 산화테르븀, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화에르븀, 산화튤륨, 산화이테르븀, 산화루테튬 및 산화니켈 등을 들 수 있다. 금속 M의 산화물은 1종류 이상 사용할 수 있다.The oxides of the metal M of the raw material are tin oxide, indium oxide, platinum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, copper oxide, iron oxide, tungsten oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, hafnium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, cobalt oxide, and oxide Manganese, cerium oxide, mercury oxide, plutonium oxide, gold oxide, silver oxide, iridium oxide, palladium oxide, yttrium oxide, ruthenium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide , Terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, erbium oxide, tulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, nickel oxide and the like. One or more types of oxides of the metal M can be used.

원료의 탄화니오븀으로서는, NbC 등을 들 수 있다.As niobium carbide of a raw material, NbC etc. are mentioned.

원료의 질화니오븀으로서는, NbN 등을 들 수 있다.As niobium nitride as a raw material, NbN etc. are mentioned.

원료의 산화니오븀으로서는, NbO, NbO2나 Nb2O5 등을 들 수 있다.As a niobium oxide of the starting materials, and the like NbO, NbO 2 and Nb 2 O 5.

상기 어느 원료를 사용해도, 상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀, 질화니오븀 및 산화니오븀으로부터 얻어지는 금속 탄질화물을, 산소를 포함하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 얻어지는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매는 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높다.Even if any of the above raw materials are used, the catalyst containing the metal carbonitride obtained by heat-treating the metal carbonitride obtained from the oxide, niobium carbide, niobium nitride and niobium oxide of the metal M in an inert gas containing oxygen is used for the oxygen reduction initiation potential. Is high and activity is high.

상기 금속 M의 산화물, 탄화니오븀, 질화니오븀 및 산화니오븀의 배합량(몰비)을 제어하면, 적절한 금속 탄질화물을 얻을 수 있다. 상기 배합량(몰비)은, 통상, 질화니오븀(NbN) 1몰에 대하여, 탄화니오븀(NbC)이 0.01 내지 500몰, 상기 금속 M의 산화물 및 산화니오븀이 합쳐서 0.01 내지 50몰이며, 바람직하게는, 질화니오븀(NbN) 1몰에 대하여, 탄화니오븀(NbC)이 0.1 내지 300몰, 상기 금속 M의 산화물 및 산화니오븀이 합쳐서 0.1 내지 30몰이다. 상기 범위를 만족하는 배합 몰비로 만들어진 금속 탄질화물을 사용하면, 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높은 금속 탄질산화물을 얻게 되는 경향이 있다.By controlling the compounding amount (molar ratio) of the oxide, niobium carbide, niobium nitride, and niobium oxide of the metal M, an appropriate metal carbonitride can be obtained. The compounding amount (molar ratio) is usually 0.01 to 500 mol of niobium carbide (NbC), 0.01 to 50 mol of the metal M oxide and niobium oxide, with respect to 1 mol of niobium nitride (NbN), preferably, Niobium carbide (NbC) is 0.1-300 mol with respect to 1 mol of niobium nitride (NbN), and 0.1-30 mol of oxides and niobium oxide of the said metal M together. When the metal carbonitride made from the compounding molar ratio which satisfy | fills the said range is used, it exists in the tendency to obtain the metal carbonitride which has high oxygen reduction initiation potential and high activity.

[제조 방법 (IV)] [Manufacturing Method (IV)]

제조 방법 (IV)는, 상기 금속 M을 함유하는 화합물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 혼합물을, 질소 가스 등의 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법이다.Manufacturing method (IV) is a method of manufacturing metal carbonitride by heat-treating a mixture of the compound containing metal M, niobium carbide, and niobium nitride in an inert gas such as nitrogen gas.

금속 탄질화물을 제조할 때의 열처리 온도는 600℃ 내지 1800℃의 범위이고, 바람직하게는 800 내지 1600℃의 범위이다. 상기 열처리 온도가 상기 범위 내이면, 결정성 및 균일성이 양호한 점에서 바람직하다. 상기 열처리 온도가 600℃ 미만이면 결정성이 나쁘고, 균일성이 나빠지는 경향이 있고, 1800℃ 이상이면 소결하기 쉬워지는 경향이 있다.The heat treatment temperature at the time of producing a metal carbonitride is the range of 600 degreeC-1800 degreeC, Preferably it is the range of 800-1600 degreeC. If the said heat processing temperature is in the said range, it is preferable at the point which crystallinity and uniformity are favorable. If the said heat treatment temperature is less than 600 degreeC, crystallinity will be bad, and there exists a tendency for uniformity to worsen, and if it is 1800 degreeC or more, it will tend to become easy to sinter.

원료로서는, 상기 금속 M을 함유하는 화합물, 탄화니오븀 및 질화니오븀을 사용한다.As a raw material, the compound containing said metal M, niobium carbide, and niobium nitride are used.

원료의 금속 M을 함유하는 화합물은, 주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 또는 니켈 등의 유기산염, 탄산염, 염화물, 유기 착체, 탄화물, 질화물 등을 들 수 있다. 금속 M을 함유하는 화합물은 1종류 이상 사용할 수 있다.Compounds containing metal M as a raw material include tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, Organic salts such as iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium or nickel, carbonates, chlorides, organic complexes , Carbides, nitrides and the like. One type or more of compounds containing metal M can be used.

원료의 탄화니오븀으로서는, NbC 등을 들 수 있다.As niobium carbide of a raw material, NbC etc. are mentioned.

원료의 질화니오븀으로서는, NbN 등을 들 수 있다.As niobium nitride as a raw material, NbN etc. are mentioned.

상기 어느 원료를 사용해도, 상기 금속 M을 함유하는 화합물, 탄화니오븀 및 질화니오븀으로부터 얻어지는 금속 탄질화물을, 산소를 포함하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 얻어지는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매는 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높다.Even if any of the above raw materials are used, the catalyst containing the metal carbonitride obtained by heat-treating the metal carbonitride obtained from the compound containing metal M, niobium carbide and niobium nitride in an inert gas containing oxygen, has an oxygen reduction initiation potential. High, high activity.

상기 금속 M을 함유하는 화합물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 배합량(몰비)을 제어하면, 적절한 금속 탄질화물을 얻을 수 있다. 상기 배합량(몰비)은, 통상, 질화니오븀(NbN) 1몰에 대하여, 탄화니오븀(NbC)이 0.01 내지 500몰, 상기 금속 M을 함유하는 화합물이 0.001 내지 50몰이며, 바람직하게는, 질화니오븀(NbN) 1몰에 대하여, 탄화니오븀(NbC)이 0.1 내지 300몰, 상기 금속 M을 함유하는 화합물이 0.01 내지 30몰이다. 상기 범위를 만족하는 배합 몰비로 만들어진 금속 탄질화물을 사용하면, 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높은 금속 탄질산화물을 얻게 되는 경향이 있다.By controlling the compounding amount (molar ratio) of the compound containing the metal M, niobium carbide and niobium nitride, an appropriate metal carbonitride can be obtained. The compounding amount (molar ratio) is usually 0.01 to 500 mol of niobium carbide (NbC) and 0.001 to 50 mol of the compound containing the metal M with respect to 1 mol of niobium nitride (NbN), and preferably niobium nitride Niobium carbide (NbC) is 0.1-300 mol with respect to 1 mol (NbN), and the compound containing the said metal M is 0.01-30 mol. When the metal carbonitride made from the compounding molar ratio which satisfy | fills the said range is used, it exists in the tendency to obtain the metal carbonitride which has high oxygen reduction initiation potential and high activity.

[제조 방법 (V)] [Manufacturing Method (V)]

상기 금속 탄질화물을 얻을 수 있으면, 원료로서는 특별히 제한되지 않고, 상기 제조 방법 (I) 내지 (IV)에 있어서의 원료, 그 밖의 원료를 다양하게 조합하여 사용할 수 있다.As long as the said metal carbonitride can be obtained, it will not specifically limit as a raw material, The raw material in the said manufacturing methods (I)-(IV), and other raw materials can be used in various combinations.

제조 방법 (V)는, 상기 제조 방법 (I) 내지 (IV)에 있어서의 원료의 조합 이외의 원료 혼합물을, 질소 가스 등의 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 제조하는 방법이다.Manufacturing method (V) is a method of manufacturing metal carbonitride by heat-processing raw material mixtures other than the combination of the raw materials in said manufacturing methods (I)-(IV) in inert gas, such as nitrogen gas.

금속 탄질화물을 제조할 때의 열처리 온도는 600℃ 내지 1800℃의 범위이고, 바람직하게는 800 내지 1600℃의 범위이다. 상기 열처리 온도가 상기 범위 내이면, 결정성 및 균일성이 양호한 점에서 바람직하다. 상기 열처리 온도가 600℃ 미만이면 결정성이 나쁘고, 균일성이 나빠지는 경향이 있고, 1800℃ 이상이면 소결하기 쉬워지는 경향이 있다.The heat treatment temperature at the time of producing a metal carbonitride is the range of 600 degreeC-1800 degreeC, Preferably it is the range of 800-1600 degreeC. If the said heat processing temperature is in the said range, it is preferable at the point which crystallinity and uniformity are favorable. If the said heat treatment temperature is less than 600 degreeC, crystallinity will be bad, and there exists a tendency for uniformity to worsen, and if it is 1800 degreeC or more, it will tend to become easy to sinter.

원료로서는, 예를 들어, 상기 금속 M을 함유하는 화합물, 탄화니오븀, 질화니오븀, 산화니오븀, 니오븀 전구체 또는 탄소 등을 다양하게 조합한 혼합물을 원료 혼합물로서 사용할 수 있다.As a raw material, the mixture which variously combined the compound containing the said metal M, niobium carbide, niobium nitride, niobium oxide, niobium precursor, carbon, etc. can be used as a raw material mixture, for example.

원료의 금속 M을 함유하는 화합물은, 주석, 인듐, 백금, 탄탈, 지르코늄, 구리, 철, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴, 하프늄, 티타늄, 바나듐, 코발트, 망간, 세륨, 수은, 플루토늄, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 이트륨, 루테늄, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 또는 니켈 등의 유기산염, 탄산염, 염화물, 유기 착체, 탄화물, 질화물, 전구체 등을 들 수 있다. 금속 M을 함유하는 화합물은 1종류 이상 사용할 수 있다.Compounds containing metal M as a raw material include tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, Organic salts such as iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, ruthetium or nickel, carbonates, chlorides, organic complexes , Carbides, nitrides, precursors and the like. One type or more of compounds containing metal M can be used.

원료의 탄화니오븀으로서는, NbC 등을 들 수 있다.As niobium carbide of a raw material, NbC etc. are mentioned.

원료의 질화니오븀으로서는, NbN 등을 들 수 있다.As niobium nitride as a raw material, NbN etc. are mentioned.

원료의 산화니오븀으로서는, NbO, NbO2나 Nb2O5 등을 들 수 있다.As a niobium oxide of the starting materials, and the like NbO, NbO 2 and Nb 2 O 5.

니오븀 전구체로서는, 니오븀의, 유기산염, 탄산염, 염화물, 유기 착체, 탄화물, 질화물, 알콕시체 등을 들 수 있다.Examples of niobium precursors include organic acid salts, carbonates, chlorides, organic complexes, carbides, nitrides, and alkoxy compounds of niobium.

원료의 탄소로서는, 카본, 카본 블랙, 그래파이트, 흑연, 활성탄, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼, 풀러렌을 들 수 있다. 카본 분말의 입경이 보다 작으면, 비표면적이 커지고, 산화물과 반응하기 쉬워지므로 바람직하다. 예를 들어, 카본 블랙(비표면적: 100 내지 300㎡/g, 예를 들어 캐봇사제 XC-72) 등이 적절하게 사용된다.Examples of the carbon of the raw material include carbon, carbon black, graphite, graphite, activated carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and fullerenes. When the particle diameter of the carbon powder is smaller, the specific surface area becomes large and is preferable because it becomes easy to react with the oxide. For example, carbon black (specific surface area: 100-300 m <2> / g, for example XC-72 by Cabot Corporation) etc. is used suitably.

상기 어느 원료를 사용해도, 얻어지는 금속 탄질화물을, 산소를 포함하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 얻어지는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매는 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높다.Even if any of the above raw materials are used, the catalyst containing the metal carbonitride obtained by heat-treating the metal carbonitride obtained in an inert gas containing oxygen has high oxygen reduction initiation potential and high activity.

예를 들어, 상기 금속 M을 함유하는 화합물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 배합량(몰비)을 제어하면, 적절한 금속 탄질화물을 얻을 수 있다. 상기 배합량(몰비)은, 통상 질화니오븀(NbN) 1몰에 대하여, 탄화니오븀(NbC)이 0.01 내지 500몰, 상기 금속 M을 함유하는 화합물이 0.001 내지 50몰이며, 바람직하게는 질화니오븀(NbN) 1몰에 대하여, 탄화니오븀(NbC)이 0.1 내지 300몰, 상기 금속 M을 함유하는 화합물이 0.01 내지 30몰이다. 상기 범위를 만족하는 배합 몰비로 만들어진 금속 탄질화물을 사용하면, 산소 환원 개시 전위가 높고, 활성이 높은 금속 탄질산화물을 얻게 되는 경향이 있다.For example, by controlling the compounding amount (molar ratio) of the compound containing metal M, niobium carbide and niobium nitride, an appropriate metal carbonitride can be obtained. The compounding amount (molar ratio) is usually 0.01 to 500 mol of niobium carbide (NbC) and 0.001 to 50 mol of the compound containing the metal M, with respect to 1 mol of niobium nitride (NbN), and preferably niobium nitride (NbN). ) 0.1 to 300 moles of niobium carbide (NbC) and 0.01 to 30 moles of the compound containing the metal M per 1 mole. When the metal carbonitride made from the compounding molar ratio which satisfy | fills the said range is used, it exists in the tendency to obtain the metal carbonitride which has high oxygen reduction initiation potential and high activity.

(금속 탄질산화물의 제조 공정) (Manufacturing process of metal carbonitride)

다음에, 상기 제조 방법 (I) 내지 (V)에서 얻어진 금속 탄질화물을, 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써, 금속 탄질산화물을 얻는 공정에 대하여 설명한다.Next, the process of obtaining metal carbonitride oxide by heat-processing the metal carbonitride obtained by the said manufacturing methods (I)-(V) in oxygen containing inert gas is demonstrated.

상기 불활성 가스로서는, 질소, 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스, 크세논 가스 또는 라돈 가스를 들 수 있다. 질소, 아르곤 가스 또는 헬륨 가스가, 비교적 입수하기 쉬운 점에서 특히 바람직하다.Examples of the inert gas include nitrogen, helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, xenon gas or radon gas. Nitrogen, argon gas or helium gas is particularly preferable in view of relatively easy availability.

상기 불활성 가스 중의 산소 가스의 농도는, 열처리 시간과 열처리 온도에 의존하지만, 0.1 내지 10용량%가 바람직하고, 0.5 내지 5용량%가 특히 바람직하다. 상기 산소 가스의 농도가 상기 범위 내이면, 균일한 탄질산화물이 형성되는 점에서 바람직하다. 또한, 상기 산소 가스의 농도가 0.1용량% 미만이면 미산화 상태로 되는 경향이 있고, 10용량%를 초과하면 산화가 지나치게 진행되어 버리는 경향이 있다.The concentration of the oxygen gas in the inert gas depends on the heat treatment time and the heat treatment temperature, but is preferably 0.1 to 10% by volume, particularly preferably 0.5 to 5% by volume. If the concentration of the oxygen gas is in the above range, it is preferable in that uniform carbonitride is formed. Moreover, when the concentration of the oxygen gas is less than 0.1% by volume, it tends to be in an unoxidized state, and when it exceeds 10% by volume, oxidation tends to proceed excessively.

상기 불활성 가스 중에, 수소 가스를 5용량% 이하의 범위로 함유하고 있는 것이 바람직하다. 상기 수소 가스 함유량은, 보다 바람직하게는 0.01 내지 4용량%이며, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 4용량%이다. 또한, 본 발명에 있어서의 용량%는, 표준 상태에 있어서의 값이다.It is preferable to contain hydrogen gas in the range of 5 volume% or less in the said inert gas. The hydrogen gas content is more preferably 0.01 to 4% by volume, still more preferably 0.1 to 4% by volume. In addition, the volume% in this invention is a value in a standard state.

당해 공정에 있어서의 열처리 온도는, 통상은 400 내지 1400℃의 범위이며, 바람직하게는 600 내지 1200℃의 범위이다. 상기 열처리 온도가 상기 범위 내이면, 균일한 금속 탄질산화물이 형성되는 점에서 바람직하다. 상기 열처리 온도가 400℃ 미만이면 산화가 진행되지 않는 경향이 있고, 1400℃ 이상이면 산화가 지나치게 진행되어, 결정 성장하는 경향이 있다.The heat treatment temperature in this step is usually in the range of 400 to 1400 ° C, and preferably in the range of 600 to 1200 ° C. If the said heat processing temperature is in the said range, it is preferable at the point at which a uniform metal carbonitride is formed. If the heat treatment temperature is less than 400 ° C, oxidation tends not to proceed, and if it is 1400 ° C or more, oxidation tends to proceed excessively and crystal growth tends to occur.

당해 공정에 있어서의 열처리 방법으로서는, 정치법, 교반법, 낙하법, 분말 포착법 등을 들 수 있다.As a heat processing method in the said process, the stationary method, the stirring method, the dropping method, the powder capture method, etc. are mentioned.

낙하법이라 함은, 유도로 중에 미량의 산소 가스를 포함하는 불활성 가스를 흐르게 하면서, 노를 소정의 열처리 온도까지 가열하고, 상기 온도에서 열적 평형을 유지한 후, 노의 가열 구역인 도가니 내에 금속 탄질화물을 낙하시켜, 열처리하는 방법이다. 낙하법의 경우에는, 금속 탄질화물의 입자의 응집 및 성장을 최소한도로 억제할 수 있는 점에서 바람직하다.The dropping method means that a furnace is heated to a predetermined heat treatment temperature while flowing an inert gas containing a small amount of oxygen gas in an induction furnace, and the thermal equilibrium is maintained at the temperature, and then a metal is placed in a crucible which is a heating zone of the furnace. It is a method of dropping carbonitride and performing heat treatment. The dropping method is preferable in that aggregation and growth of particles of metal carbonitride can be suppressed to a minimum.

분말 포착법이라 함은, 미량의 산소 가스를 포함하는 불활성 가스 분위기 중에서, 금속 탄질화물을 비말로 하여 부유시켜, 소정의 열처리 온도로 유지된 수직의 관상로 중에 금속 탄질화물을 포착하여, 열처리하는 방법이다.The powder capturing method is characterized in that metal carbonitrides are suspended as droplets in an inert gas atmosphere containing a small amount of oxygen gas, metal carbonitrides are trapped in a vertical tubular furnace maintained at a predetermined heat treatment temperature, and subjected to heat treatment. Way.

낙하법의 경우, 금속 탄질화물의 열처리 시간은, 통상 0.5 내지 10분이며, 바람직하게는 0.5 내지 3분이다. 상기 열처리 시간이 상기 범위 내이면, 균일한 금속 탄질산화물이 형성되는 경향이 있어 바람직하다. 상기 열처리 시간이 0.5분 미만이면 금속 탄질산화물이 부분적으로 형성되는 경향이 있고, 10분을 초과하면 산화가 지나치게 진행되는 경향이 있다.In the case of the dropping method, the heat treatment time of the metal carbonitride is usually 0.5 to 10 minutes, preferably 0.5 to 3 minutes. If the heat treatment time is in the above range, there is a tendency for a uniform metal carbonitride to be formed, which is preferable. If the heat treatment time is less than 0.5 minutes, the metal carbonitride oxide tends to be partially formed, and if it exceeds 10 minutes, the oxidation tends to proceed excessively.

분말 포착법의 경우, 금속 탄질화물의 열처리 시간은, 0.2초 내지 1분, 바람직하게는 0.2 내지 10초이다. 상기 열처리 시간이 상기 범위 내이면, 균일한 금속 탄질산화물이 형성되는 경향이 있어 바람직하다. 상기 열처리 시간이 0.2초 미만이면 금속 탄질산화물이 부분적으로 형성되는 경향이 있고, 1분을 초과하면 산화가 지나치게 진행되는 경향이 있다. 관상로에서 행하는 경우, 금속 탄질화물의 열처리 시간은, 0.1 내지 10시간, 바람직하게는 0.5시간 내지 5시간이다. 상기 열처리 시간이 상기 범위 내이면, 균일한 금속 탄질산화물이 형성되는 경향이 있어 바람직하다. 상기 열처리 시간이 0.1시간 미만이면 금속 탄질산화물이 부분적으로 형성되는 경향이 있고, 10시간을 초과하면 산화가 지나치게 진행되는 경향이 있다.In the case of the powder trapping method, the heat treatment time of the metal carbonitride is 0.2 second to 1 minute, preferably 0.2 to 10 seconds. If the heat treatment time is in the above range, there is a tendency for a uniform metal carbonitride to be formed, which is preferable. If the heat treatment time is less than 0.2 second, the metal carbonitride tends to be partially formed, and if it exceeds 1 minute, the oxidation tends to proceed excessively. When performing in a tubular furnace, the heat treatment time of a metal carbonitride is 0.1 to 10 hours, Preferably it is 0.5 to 5 hours. If the heat treatment time is in the above range, there is a tendency for a uniform metal carbonitride to be formed, which is preferable. If the heat treatment time is less than 0.1 hour, the metal carbonitride oxide tends to be partially formed, and if it exceeds 10 hours, the oxidation tends to proceed excessively.

본 발명의 촉매로서는, 상술한 제조 방법 등에 의해 얻어지는 금속 탄질산화물을 그대로 사용해도 되지만, 얻어지는 금속 탄질산화물을 더 해쇄하여, 보다 미세한 분말로 된 것을 사용해도 된다.As a catalyst of this invention, although the metal carbonitride obtained by the above-mentioned manufacturing method etc. may be used as it is, you may further disintegrate the metal carbonitride obtained, and may use what became finer powder.

금속 탄질산화물을 해쇄하는 방법으로서는, 예를 들어, 롤 구름 이동 밀, 볼 밀, 매체 교반 밀, 기류 분쇄기, 유발, 조해기(crushing tank)에 의한 방법 등을 들 수 있고, 금속 탄질산화물을 더욱 미립으로 할 수 있는 점에서는, 기류 분쇄기에 의한 방법이 바람직하고, 소량 처리가 용이해지는 점에서는, 유발에 의한 방법이 바람직하다.As a method for disintegrating the metal carbonitride, for example, a roll rolling mill, a ball mill, a medium stirring mill, an air flow pulverizer, a mortar, a method by a crushing tank, etc. may be mentioned. In the point which can be made into a granule, the method by the airflow grinder is preferable, and the method by induction is preferable at the point which a small amount process becomes easy.

<용도> <Use>

본 발명의 촉매는 백금 촉매의 대체 촉매로서 사용할 수 있다.The catalyst of the present invention can be used as an alternative to the platinum catalyst.

예를 들어, 연료 전지용 촉매, 배기 가스 처리용 촉매 또는 유기 합성용 촉매로서 사용할 수 있다.For example, it can be used as a catalyst for fuel cells, a catalyst for exhaust gas treatment, or a catalyst for organic synthesis.

본 발명의 연료 전지용 촉매층은 상기 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.The catalyst layer for fuel cells of the present invention is characterized by comprising the above catalyst.

연료 전지용 촉매층에는, 애노드 촉매층, 캐소드 촉매층이 있지만, 상기 촉매는 어느 쪽에나 사용할 수 있다. 상기 촉매는, 내구성이 우수하고, 산소 환원능이 크므로, 캐소드 촉매층에 사용하는 것이 바람직하다.The catalyst layer for fuel cells includes an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer, but the catalyst can be used for both. Since the said catalyst is excellent in durability and large in oxygen reduction ability, it is preferable to use it for a cathode catalyst layer.

본 발명의 연료 전지용 촉매층에는, 전자 전도성 입자를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 촉매를 포함하는 연료 전지용 촉매층이 전자 전도성 입자를 더 포함하는 경우에는, 환원 전류를 더욱 높일 수 있다. 전자 전도성 입자는, 상기 촉매에 전기 화학적 반응을 일으키기 위한 전기적 접점을 발생시키므로, 환원 전류를 높인다고 생각된다.It is preferable that the catalyst layer for fuel cells of the present invention further contains electron conductive particles. When the catalyst layer for a fuel cell including the catalyst further includes electron conductive particles, the reduction current can be further increased. Since the electron conductive particles generate an electrical contact for causing an electrochemical reaction to the catalyst, it is considered to increase the reduction current.

상기 전자 전도성 입자는 통상 촉매의 담체로서 사용된다.The electron conductive particles are usually used as a carrier of the catalyst.

전자 전도성 입자를 구성하는 재료로서는, 탄소, 도전성 고분자, 도전성 세라믹스, 금속 또는 산화텅스텐 혹은 산화이리듐 등의 도전성 무기 산화물을 들 수 있고, 그들을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 특히, 비표면적이 큰 탄소 입자 단독 또는 비표면적이 큰 탄소 입자와 그 밖의 전자 전도성 입자와의 혼합물이 바람직하다. 즉, 연료 전지용 촉매층으로서는, 상기 촉매와, 비표면적이 큰 탄소 입자를 포함하는 것이 바람직하다.Examples of the material constituting the electron conductive particles include carbon, conductive polymers, conductive ceramics, metals or conductive inorganic oxides such as tungsten oxide or iridium oxide, and these may be used alone or in combination. In particular, carbon particles having a large specific surface area alone or mixtures of carbon particles having a large specific surface area with other electron conductive particles are preferable. That is, it is preferable that a catalyst layer for fuel cells contains the said catalyst and carbon particle with a large specific surface area.

탄소로서는, 카본 블랙, 그래파이트, 흑연, 활성탄, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 카본 나노혼, 풀러렌 등을 사용할 수 있다. 카본의 입경은, 너무 작으면 전자 전도 경로가 형성되기 어려워지고, 또한 너무 크면 연료 전지용 촉매층의 가스 확산성이 저하되거나, 촉매의 이용률이 저하되는 경향이 있으므로, 10 내지 1000㎚의 범위인 것이 바람직하고, 10 내지 100㎚의 범위인 것이 보다 바람직하다.As carbon, carbon black, graphite, graphite, activated carbon, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, fullerenes and the like can be used. If the particle diameter of carbon is too small, it is difficult to form an electron conduction path, and if too large, the gas diffusivity of the catalyst layer for a fuel cell tends to be lowered or the utilization of the catalyst tends to be lowered. And it is more preferable that it is the range of 10-100 nm.

전자 전도성 입자를 구성하는 재료가 탄소인 경우, 상기 촉매와 탄소와의 질량비(촉매: 전자 전도성 입자)는, 바람직하게는 4:1 내지 1000:1이다.When the material constituting the electron conductive particles is carbon, the mass ratio (catalyst: electron conductive particles) of the catalyst and carbon is preferably 4: 1 to 1000: 1.

도전성 고분자로서는 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 폴리아세틸렌, 폴리-p-페닐렌, 폴리아닐린, 폴리알킬아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리인돌, 폴리-1, 5-디아미노안트라퀴논, 폴리아미노디페닐, 폴리(o-페닐렌디아민), 폴리(퀴놀리늄)염, 폴리피리딘, 폴리퀴녹살린, 폴리페닐퀴녹살린 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜이 바람직하고, 폴리피롤이 보다 바람직하다.The conductive polymer is not particularly limited, but for example, polyacetylene, poly-p-phenylene, polyaniline, polyalkylaniline, polypyrrole, polythiophene, polyindole, poly-1, 5-diaminoanthraquinone, polyaminodi Phenyl, poly (o-phenylenediamine), poly (quinolinium) salt, polypyridine, polyquinoxaline, polyphenylquinoxaline and the like. Among these, polypyrrole, polyaniline and polythiophene are preferable, and polypyrrole is more preferable.

고분자 전해질로서는, 연료 전지용 촉매층에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 술폰산기를 갖는 퍼플루오로 카본 중합체{예를 들어, 나피온[듀퐁사 5% 나피온 용액(DE521)] 등}, 술폰산기를 갖는 탄화수소계 고분자 화합물, 인산 등의 무기산을 도프시킨 고분자 화합물, 일부가 프로톤 전도성의 관능기로 치환된 유기/무기 하이브리드 중합체, 고분자 매트릭스에 인산 용액이나 황산 용액을 함침시킨 프로톤 전도체 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 나피온[듀퐁사 5% 나피온 용액(DE521)]이 바람직하다.The polymer electrolyte is not particularly limited as long as it is generally used in a catalyst layer for fuel cells. Specifically, polymers doped with inorganic acids such as perfluorocarbon polymers having sulfonic acid groups (for example, Nafion [Dupont's 5% Nafion solution (DE521)), etc.), hydrocarbon-based high molecular compounds having sulfonic acid groups, and phosphoric acid And organic / inorganic hybrid polymers in which some of the compounds are substituted with proton conductive functional groups, and proton conductors in which the polymer matrix is impregnated with a phosphoric acid solution or a sulfuric acid solution. Among these, Nafion (Dupont's 5% Nafion solution (DE521)) is preferable.

본 발명의 연료 전지용 촉매층은, 애노드 촉매층 또는 캐소드 촉매층의 어디에나 사용할 수 있다. 본 발명의 연료 전지용 촉매층은 높은 산소 환원능을 갖고, 산성 전해질 중에 있어서 고전위라도 부식되기 어려운 촉매를 포함하므로, 연료 전지의 캐소드에 형성되는 촉매층(캐소드용 촉매층)으로서 유용하다. 특히 고체 고분자형 연료 전지가 구비하는 막 전극 접합체의 캐소드에 형성되는 촉매층에 적절하게 사용된다.The fuel cell catalyst layer of the present invention can be used anywhere in the anode catalyst layer or the cathode catalyst layer. Since the catalyst layer for fuel cells of the present invention has a high oxygen reduction ability and contains a catalyst which is hard to corrode even in a high electrolyte in an acidic electrolyte, it is useful as a catalyst layer (catalytic catalyst layer) formed on the cathode of a fuel cell. In particular, it is used suitably for the catalyst layer formed in the cathode of the membrane electrode assembly with which a solid polymer fuel cell is equipped.

상기 촉매를, 담체인 상기 전자 전도성 입자 상에 분산시키는 방법으로서는, 기류 분산, 액중 분산 등의 방법을 들 수 있다. 액중 분산은, 용매 중에 촉매 및 전자 전도성 입자를 분산한 것을, 연료 전지용 촉매층 형성 공정에 사용할 수 있으므로 바람직하다. 액중 분산으로서는, 오리피스 수축류에 의한 방법, 회전 전단류에 의한 방법 또는 초음파에 의한 방법 등을 들 수 있다. 액중 분산시, 사용되는 용매는 촉매나 전자 전도성 입자를 침식시키지 않고, 분산할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없지만, 휘발성의 액체 유기 용매 또는 물 등이 일반적으로 사용된다.As a method of disperse | distributing the said catalyst on the said electroconductive particle which is a support | carrier, methods, such as airflow dispersion and dispersion in a liquid, are mentioned. Dispersion in a liquid is preferable because the thing which disperse | distributed the catalyst and electron conductive particle in a solvent can be used for the catalyst layer formation process for fuel cells. As dispersion in a liquid, the method by orifice shrinkage flow, the method by rotational shear flow, the method by ultrasonic waves, etc. are mentioned. When dispersing in a liquid, the solvent used is not particularly limited as long as it can disperse without eroding the catalyst or the electron conductive particles, but a volatile liquid organic solvent or water is generally used.

또한, 촉매를 상기 전자 전도성 입자 상에 분산시킬 때, 또한 상기 전해질과 분산제를 동시에 분산시켜도 된다.Further, when the catalyst is dispersed on the electron conductive particles, the electrolyte and the dispersant may be dispersed at the same time.

연료 전지용 촉매층의 형성 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 상기 촉매와 전자 전도성 입자와 전해질을 포함하는 현탁액을, 후술하는 전해질막 또는 가스 확산층에 도포하는 방법을 들 수 있다. 상기 도포하는 방법으로서는, 디핑법, 스크린 인쇄법, 롤 코팅법, 스프레이법 등을 들 수 있다. 또한, 상기 촉매와 전자 전도성 입자와 전해질을 포함하는 현탁액을, 도포법 또는 여과법에 의해 기재에 연료 전지용 촉매층을 형성한 후, 전사법으로 전해질막에 연료 전지용 촉매층을 형성하는 방법을 들 수 있다.Although there is no restriction | limiting in particular as a formation method of the fuel cell catalyst layer, For example, the method of apply | coating the suspension containing the said catalyst, electron conductive particle, and electrolyte to the electrolyte membrane or gas diffusion layer mentioned later is mentioned. Examples of the coating method include a dipping method, a screen printing method, a roll coating method, a spray method, and the like. Moreover, the method of forming a fuel cell catalyst layer in an electrolyte membrane by the transfer method after forming the catalyst layer for a fuel cell in a base material by the coating method or the filtration method is given the suspension containing the said catalyst, an electron conductive particle, and an electrolyte.

본 발명의 전극은, 상기 연료 전지용 촉매층과 다공질 지지층을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.The electrode of this invention has the said fuel cell catalyst layer and a porous support layer, It is characterized by the above-mentioned.

본 발명의 전극은 캐소드 또는 애노드 중 어느 전극에도 사용할 수 있다. 본 발명의 전극은, 내구성이 우수하고, 촉매능이 크므로, 캐소드에 사용하면 보다 효과를 발휘한다.The electrode of the present invention can be used for either the cathode or the anode. Since the electrode of this invention is excellent in durability and large in catalytic ability, when used for a cathode, it exhibits more effects.

다공질 지지층이라 함은, 가스를 확산하는 층(이하「가스 확산층」이라고도 함)이다. 가스 확산층으로서는, 전자 전도성을 갖고, 가스의 확산성이 높고, 내식성이 높은 것이면 무엇이든 상관없지만, 일반적으로는 카본 페이퍼, 카본 크로스 등의 탄소계 다공질 재료나, 경량화를 위하여 스테인리스, 내식재를 피복한 알루미늄박이 사용된다.A porous support layer is a layer which diffuses gas (henceforth a "gas diffusion layer"). As the gas diffusion layer, any material can be used as long as it has electron conductivity, high gas diffusivity, and high corrosion resistance, but is generally coated with carbon-based porous materials such as carbon paper and carbon cross, and stainless steel and corrosion resistant material for weight reduction. One aluminum foil is used.

본 발명의 막 전극 접합체는, 캐소드와 애노드와 상기 캐소드 및 상기 애노드의 사이에 배치된 전해질막을 갖는 막 전극 접합체이며, 상기 캐소드 및/또는 상기 애노드가 상기 전극인 것을 특징으로 하고 있다.The membrane electrode assembly of the present invention is a membrane electrode assembly having a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode, wherein the cathode and / or the anode are the electrode.

전해질막으로서는, 예를 들어 퍼플루오로술폰산계를 사용한 전해질막 또는 탄화수소계 전해질막 등이 일반적으로 사용되지만, 고분자 미다공막에 액체 전해질을 함침시킨 막 또는 다공질체에 고분자 전해질을 충전시킨 막 등을 사용해도 된다.As the electrolyte membrane, for example, an electrolyte membrane or a hydrocarbon electrolyte membrane using a perfluorosulfonic acid type is generally used. However, a membrane in which the polymer microporous membrane is impregnated with a liquid electrolyte, or a membrane in which the polymer electrolyte is filled with a porous body is used. You may use it.

또한 본 발명의 연료 전지는, 상기 막 전극 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.Moreover, the fuel cell of this invention is provided with the said membrane electrode assembly. It is characterized by the above-mentioned.

연료 전지의 전극 반응은 소위 3상 계면(전해질-전극 촉매-반응 가스)에서 일어난다. 연료 전지는 사용되는 전해질 등의 차이에 의해 수종류로 분류되고, 용융 탄산염형(MCFC), 인산형(PAFC), 고체 산화물형(SOFC), 고체 고분자형(PEFC) 등이 있다. 그중에서도, 본 발명의 막 전극 접합체는 고체 고분자형 연료 전지에 사용하는 것이 바람직하다.The electrode reaction of the fuel cell takes place at the so-called three-phase interface (electrolyte-electrode catalyst-reaction gas). Fuel cells are classified into several types according to differences in electrolytes and the like, and there are molten carbonate type (MCFC), phosphoric acid type (PAFC), solid oxide type (SOFC), and solid polymer type (PEFC). Among them, the membrane electrode assembly of the present invention is preferably used for a solid polymer fuel cell.

<실시예><Examples>

이하에, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.Although an Example demonstrates this invention further in detail below, this invention is not limited to these Examples.

또한, 실시예 및 비교예에 있어서의 각종 측정은, 하기의 방법에 의해 행하였다.In addition, various measurements in the Example and the comparative example were performed by the following method.

[분석 방법] [Analysis method]

1. 분말 X선 회절 1. Powder X-ray diffraction

리가꾸 덴끼 가부시끼가이샤제 로터 플렉스 및 PANalytical제 X'Pert Pro를 사용하여, 시료의 분말 X선 회절을 행하였다.Powder X-ray diffraction of the sample was performed using the rotor flex by Rigaku Denki Co., Ltd. and X'Pert Pro by PANalytical.

각 시료의 분말 X선 회절에 있어서의 회절선 피크의 개수는, 신호(S)와 노이즈(N)의 비(S/N)를 2 이상으로 검출할 수 있는 시그널을 1개의 피크로서 간주하여 세었다. 또한, 노이즈(N)는 베이스라인의 폭으로 하였다.The number of diffraction line peaks in the powder X-ray diffraction of each sample is determined by considering the signal capable of detecting the ratio (S / N) of the signal S and the noise N to two or more as one peak. It was. In addition, the noise N was made into the width of a baseline.

2. 원소 분석 2. Elemental analysis

탄소: 시료 약 0.1g을 측량하고, 호리바 세이사꾸쇼 EMIA-110로 측정을 행하였다.Carbon: About 0.1 g of the sample was measured and measured by Horiba Seisakusho EMIA-110.

질소ㆍ산소: 시료 약 0.1g을 측량하고, Ni-Cup에 봉입 후, ON 분석 장치로 측정을 행하였다.Nitrogen and oxygen: About 0.1 g of a sample was measured, and it enclosed in Ni-Cup, and it measured by the ON analyzer.

니오븀ㆍ다른 금속 M: 시료 약 0.1g을 백금 접시에 측량하고, 산을 첨가하여 가열 분해하였다. 이 가열 분해물을 정용(定容) 후, 희석하고, ICP-MS로 정량을 행하였다.Niobium and other metals M: Approximately 0.1 g of the sample was weighed into a platinum dish, and acid was added to decompose the mixture. This heated degradation product was fixed, diluted, and quantified by ICP-MS.

[실시예 1] Example 1

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

산화니오븀 (IV)(NbO2) 4.95g(39.6mmol), 산화주석 (IV)(SnO2) 60mg(0.4mmol)에 카본(캐봇사제, Vulcan72) 1.2g(100mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1400℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 주석(1몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (1) 4.23g을 얻게 되었다.4.95 g (39.6 mmol) of niobium (IV) (NbO 2 ) and 60 mg (0.4 mmol) of tin (IV) (SnO 2 ) were sufficiently ground and mixed with 1.2 g (100 mmol) of carbon (Vulcan72, manufactured by Cabot). 4.23 g of carbonitrides (1) containing tin (1 mol%) and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1400 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere.

얻어진 탄질화물 (1) 1.02g을, 1용량%의 산소 가스를 포함하는 아르곤 가스를 흐르게 하면서, 관상로에서, 800℃로 1시간 열처리함으로써, 주석(1몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (1)」이라고도 함) 1.10g을 얻게 되었다.1.02 g of the obtained carbonitride (1) was heat treated at 800 ° C. for 1 hour in an tubular furnace while argon gas containing 1% by volume of oxygen gas was used, and carbon dioxide containing tin (1 mol%) and niobium (Hereinafter also referred to as `` catalyst (1) '') 1.10g was obtained.

촉매 (1)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 1에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (1) is shown in Fig. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

산소 환원능의 측정은 다음과 같이 행하였다. 촉매 (1) 0.095g과 카본(캐봇사제 XC-72) 0.005g을 이소프로필알코올:순수=2:1의 질량비로 혼합한 용액 10g에 넣고, 초음파로 교반, 현탁하여 혼합하였다. 이 혼합물 30μl를 글래시 카본 전극(도까이 카본사제, 직경: 5.2㎜)에 도포하고, 120℃에서 1시간 건조하였다. 또한, 나피온[듀퐁사 5% 나피온 용액(DE521)]을 10배로 순수로 희석한 것 10μl를 도포하고, 120℃에서 1시간 건조하여, 연료 전지용 전극 (1)을 얻었다.The oxygen reduction ability was measured as follows. 0.095 g of catalyst (1) and 0.005 g of carbon (XC-72 manufactured by Cabot) were added to 10 g of a mixed solution in a mass ratio of isopropyl alcohol: pure water = 2: 1, stirred with ultrasonic waves, suspended and mixed. 30 microliters of this mixture was apply | coated to the glass carbon electrode (made by Toka Carbon, diameter: 5.2 mm), and it dried at 120 degreeC for 1 hour. Further, 10 μl of a 10-fold diluted Nafion (Dupont's 5% Nafion solution (DE521)) to 10 times of pure water was applied, and dried at 120 ° C. for 1 hour to obtain a fuel cell electrode (1).

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

이와 같이 하여 제작한 연료 전지용 전극 (1)의 촉매능(산소 환원능)을 이하의 방법으로 평가하였다.The catalytic performance (oxygen reduction capacity) of the fuel cell electrode 1 thus produced was evaluated by the following method.

우선, 제작한 연료 전지용 전극 (1)을, 산소 분위기 및 질소 분위기에서, 0.5mol/d㎥의 황산 용액 중, 30℃, 5mV/초의 전위 주사 속도로 분극하고, 전류-전위 곡선을 측정하였다. 그때, 동일 농도의 황산 용액 중에서의 가역 수소 전극을 참조 전극이라고 하였다.First, the produced fuel cell electrode 1 was polarized in a sulfuric acid solution of 0.5 mol / dm 3 in an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere at 30 ° C. at a potential scanning speed of 5 mV / sec, and a current-potential curve was measured. In that case, the reversible hydrogen electrode in the sulfuric acid solution of the same density | concentration was called the reference electrode.

상기 측정 결과로부터, 산소 분위기에서의 환원 전류와 질소 분위기에서의 환원 전류에 0.2μA/㎠ 이상 차가 나타나기 시작하는 전위를 산소 환원 개시 전위라고 하고, 양자의 차를 산소 환원 전류라고 하였다.From the measurement results, the potential at which a difference of 0.2 μA / cm 2 or more starts to appear in the reduction current in the oxygen atmosphere and the reduction current in the nitrogen atmosphere was called the oxygen reduction start potential, and the difference between them was called the oxygen reduction current.

이 산소 환원 개시 전위 및 산소 환원 전류에 의해 제작한 연료 전지용 전극 (1)의 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.The catalytic performance (oxygen reduction ability) of the fuel cell electrode 1 produced by this oxygen reduction start potential and oxygen reduction current was evaluated.

즉, 산소 환원 개시 전위가 높을수록, 또한 산소 환원 전류가 클수록, 연료 전지용 전극 (1)의 촉매능(산소 환원능)이 높은 것을 나타낸다.In other words, the higher the oxygen reduction initiation potential and the larger the oxygen reduction current, the higher the catalytic capability (oxygen reduction ability) of the fuel cell electrode 1.

도 39에 상기 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.39 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 1에서 제작한 연료 전지용 전극 (1)은 산소 환원 개시 전위가 0.78V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 1 produced in Example 1 had an oxygen reduction initiation potential of 0.78 V (vs. NHE) and had a high oxygen reduction ability.

[실시예 2] [Example 2]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

산화니오븀 (IV)(NbO2) 4.75g(38mmol), 산화주석 (IV)(SnO2) 302mg(2mmol)에 카본(캐봇사제, Vulcan 72) 1.2g(100mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1400℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 주석(5몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (2) 4.10g을 얻게 되었다.4.75 g (38 mmol) of niobium (IV) (NbO 2 ) and 302 mg ( 2 mmol) of tin (IV) (SnO 2 ) were sufficiently ground and mixed with 1.2 g (100 mmol) of carbon (Vulcan 72, manufactured by Cabot). 4.10 g of carbonitride (2) containing tin (5 mol%) and niobium was obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1400 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere.

얻어진 탄질화물 (2)의 1.02g을, 1용량%의 산소 가스를 포함하는 아르곤 가스를 흐르게 하면서, 관상로에서, 800℃로 1시간 열처리함으로써, 주석(5몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (2)」라고도 함) 1.09g을 얻게 되었다.Carbon containing tin (5 mol%) and niobium was obtained by heat-treating 1.02 g of the obtained carbonitride (2) at 800 ° C. in a tubular furnace for 1 hour while flowing argon gas containing 1 vol% of oxygen gas. 1.09 g of nitrous oxide (hereinafter also referred to as "catalyst (2)") was obtained.

얻어진 촉매 (2)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (2).

촉매 (2)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 2에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 7개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (2) is shown in FIG. Seven diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (2)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (2)을 얻었다.A fuel cell electrode 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst (2) was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (2)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 2 was used.

도 40에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.40 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 2에서 제작한 연료 전지용 전극 (2)는 산소 환원 개시 전위가 0.72V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 2 produced in Example 2 had an oxygen reduction initiation potential of 0.72 V (vs. NHE) and had a high oxygen reduction ability.

[실시예 3] [Example 3]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

산화니오븀 (IV)(NbO2) 4.00g(32mmol), 산화주석 (IV)(SnO2) 1.21g(8mmol)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 주석(20몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (3) 4.23g을 제조하고, 상기 탄질화물 (3) 1.02g으로 주석(20몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (3)」이라고도 함) 1.09g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (3)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.Tin (20 mol%) and niobium were prepared in the same manner as in Example 1 except that 4.00 g ( 32 mmol) of niobium (IV) (NbO 2 ) and 1.21 g (8 mmol) of tin (IV) (SnO 2 ) were used. 4.23 g of carbonitride (3) containing was prepared, and 1.09 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst (3)") containing tin (20 mol%) and niobium was prepared from 1.02 g of the carbonitride (3). It was. Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (3).

촉매 (3)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 3에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (3) is shown in FIG. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (3)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (3)을 얻었다.A fuel cell electrode 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst (3) was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (3)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 3 was used.

도 41에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.41 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 3에서 제작한 연료 전지용 전극 (3)은 산소 환원 개시 전위가 0.65V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 3 produced in Example 3 has an oxygen reduction initiation potential of 0.65 V (vs. NHE) and has a high oxygen reduction ability.

[실시예 4] Example 4

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

산화주석 (IV)(SnO2) 60mg(0.4mmol) 대신에 산화인듐 (III)(In2O3) 55mg(0.2mmol)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 인듐(0.4몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (4) 4.23g을 제조하고, 상기 탄질화물 (4) 1.02g으로 인듐(0.4몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (4)」라고도 함) 1.10g을 제조하였다.Indium (0.4 mol%) in the same manner as in Example 1, except that 55 mg (0.2 mmol) of indium (III) oxide (In 2 O 3 ) was used instead of 60 mg (0.4 mmol) of tin oxide (IV) (SnO 2 ). And 4.23 g of niobium-containing carbonitride (4), which is 1.02 g of carbonitride (4), and carbonitride oxide containing indium (0.4 mol%) and niobium (hereinafter referred to as "catalyst (4)") 1.10 g was prepared.

촉매 (4)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 4에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (4) is shown in FIG. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (4)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (4)를 얻었다.The fuel cell electrode 4 was obtained like Example 1 except having used the said catalyst (4).

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (4)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic capacity (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 4 was used.

도 42에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.42 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 4에서 제작한 연료 전지용 전극 (4)는 산소 환원 개시 전위가 0.80V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 4 produced in Example 4 had an oxygen reduction initiation potential of 0.80 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 5] [Example 5]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

산화니오븀 (IV)(NbO2)의 양을 4.95g(39.6mmol)으로부터 4.75g(38mmol)으로 변경하고, 산화주석 (IV)(SnO2) 60mg(0.4mmol) 대신에 산화인듐 (III)(In2O3) 278mg(2mmol)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 인듐(5몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (5) 3.94g을 제조하고, 상기 탄질화물 (5) 1.02g으로 인듐(5몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (5)」라고도 함) 1.10g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (5)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.Change the amount of niobium (IV) (NbO 2 ) from 4.95g (39.6mmol) to 4.75g (38mmol) and replace indium (III) (III) (0.4) ol instead of 60mg (0.4mmol) tin (IV) (SnO 2 ) In 2 O 3 ) 3.94 g of carbonitride (5) containing indium (5 mol%) and niobium were prepared in the same manner as in Example 1 except that 278 mg ( 2 mmol) was used, and the carbonitride (5) 1.02 In g, 1.10 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst (5)") containing indium (5 mol%) and niobium was prepared. Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (5).

촉매 (5)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 5에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 5개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (5) is shown in FIG. Five diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (5)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (5)를 얻었다.The fuel cell electrode 5 was obtained like Example 1 except having used the said catalyst (5).

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (5)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 5 was used.

도 43에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.43 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 5에서 제작한 연료 전지용 전극 (5)는 산소 환원 개시 전위가 0.80V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 5 produced in Example 5 had an oxygen reduction initiation potential of 0.80 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 6] [Example 6]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

산화니오븀 (IV)(NbO2)의 양을 4.95g(39.6mmol)으로부터 4.00g(32mmol)으로 변경하고, 산화주석 (IV)(SnO2) 60mg(0.4mmol) 대신에 산화인듐 (III)(In2O3) 1.11g(8mmol)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 인듐(20몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (6) 3.34g을 제조하고, 상기 탄질화물 (6) 1.02g으로 인듐(20몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (6)」이라고도 함) 1.11g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (6)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.Change the amount of niobium (IV) (NbO 2 ) from 4.95g (39.6mmol) to 4.00g (32mmol) and replace indium oxide (III) (IV) (SnO 2 ) 60mg (0.4mmol) 3.34 g of carbonitride (6) containing indium (20 mol%) and niobium were produced in the same manner as in Example 1 except that 1.11 g (8 mmol) of In 2 O 3 ) was used, and the carbonitride (6) 1.11 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst (6)") containing indium (20 mol%) and niobium was prepared at 1.02 g. Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (6).

촉매 (6)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 6에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (6) is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (6)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (6)을 얻었다.The fuel cell electrode 6 was obtained like Example 1 except having used the said catalyst (6).

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (6)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 6 was used.

도 44에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.44 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 6에서 제작한 연료 전지용 전극 (6)은 산소 환원 개시 전위가 0.80V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 6 produced in Example 6 had an oxygen reduction initiation potential of 0.80 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 7] [Example 7]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 4.96g(42.5mmol), 산화인듐(In2O3) 0.60g(2.5mmol), 질화니오븀(NbN) 0.27g(2.5mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1400℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 인듐 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (7) 5.12g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (7)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (7) 1.02g으로 인듐 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (7)」이라고도 함) 1.11g을 제조하였다.4.96 g (42.5 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.60 g (2.5 mmol) of indium oxide (In 2 O 3 ), and 0.27 g (2.5 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 5.12 g of carbonitrides (7) containing indium and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1400 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride (7) of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 1, 1.11 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst (7)") containing indium and niobium was produced with 1.02 g of the carbonitride (7).

촉매 (7)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 7에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (7) is shown in FIG. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (7)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (7)을 얻었다.A fuel cell electrode 7 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst (7) was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (7)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 7 was used.

도 45에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.45 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 7에서 제작한 연료 전지용 전극 (7)은 산소 환원 개시 전위가 0.82V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 7 produced in Example 7 had an oxygen reduction initiation potential of 0.82 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 8] [Example 8]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 4.96g(42.5mmol), 산화탄탈(Ta2O5) 1.11g(2.5mmol), 질화니오븀(NbN) 0.27g(2.5mmol)을 잘 혼합하고, 상기 혼합물을 1500℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 탄탈 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (8) 5.94g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (8)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (8) 1.02g으로 탄탈 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (8)」이라고도 함) 1.11g을 제조하였다.4.96 g (42.5 mmol) of niobium carbide (NbC), 1.11 g (2.5 mmol) of tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), 0.27 g (2.5 mmol) of niobium nitride (NbN) were mixed well, and the mixture was heated to 1500 ° C. 5.94 g of carbonitrides (8) containing tantalum and niobium were obtained by heat-processing in nitrogen atmosphere for time. The carbonitride (8) of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 1, 1.11 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst (8)") containing tantalum and niobium was produced with 1.02 g of the above-mentioned carbonitride (8).

촉매 (8)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 8에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (8) is shown in FIG. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (8)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (8)을 얻었다.The fuel cell electrode 8 was obtained like Example 1 except having used the said catalyst (8).

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (8)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 8 was used.

도 46에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.46 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 8에서 제작한 연료 전지용 전극 (8)은 산소 환원 개시 전위가 0.83V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 8 produced in Example 8 had an oxygen reduction initiation potential of 0.83 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 9] [Example 9]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 4.96g(42.5mmol), 산화니오븀(NbO2) 0.31g(2.5mmol), 산화백금(PtO2) 0.57g(2.5mmol), 질화니오븀(NbN) 0.27g(2.5mmol)을 잘 혼합하고, 상기 혼합물을 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 백금 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (9) 5.87g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (9)를 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (9) 1.02g으로 백금 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (9)」라고도 함) 1.10g을 제조하였다.Niobium carbide (NbC) 4.96 g (42.5 mmol), niobium oxide (NbO 2 ) 0.31 g (2.5 mmol), platinum oxide (PtO 2 ) 0.57 g (2.5 mmol), niobium nitride (NbN) 0.27 g (2.5 mmol) The mixture was mixed well, and the mixture was heat-treated at 1600 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain 5.87 g of carbonitride (9) containing platinum and niobium. The carbonitride (9) of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 1, 1.10 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst (9)") containing platinum and niobium was produced from 1.02 g of the carbonitride (9).

촉매 (9)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 9에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 6개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (9) is shown in FIG. Six diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (9)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (9)를 얻었다.A fuel cell electrode 9 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst (9) was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (9)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 9 was used.

도 47에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.47 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 9에서 제작한 연료 전지용 전극 (9)는 산소 환원 개시 전위가 0.90V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.It was found that the fuel cell electrode 9 produced in Example 9 had an oxygen reduction initiation potential of 0.90 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 10] [Example 10]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

산화니오븀 (IV)(NbO2) 5.05g(40mmol)에 20% Pt 카본(다나까 기낀조꾸제) 1.5g(Pt: 1.6mmol)을 잘 혼합하고, 상기 혼합물을 1600℃로 1시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 백금 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (10) 4.47g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (10)을 볼 밀로 분쇄하였다.5.05 g (40 mmol) of niobium (IV) (NbO 2 ) is mixed well with 20 g of 20% Pt carbon (Pt: 1.6 mmol), and the mixture is mixed at 1600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. By heat treatment, 4.47 g of carbonitride (10) containing platinum and niobium were obtained. The carbonitride 10 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill.

이 이후는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (10) 1.02g으로 백금 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (10)」이라고도 함) 1.10g을 제조하였다.Thereafter, in the same manner as in Example 1, 1.10 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 10") containing platinum and niobium was produced from 1.02 g of the carbonitride (10).

촉매 (10)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 10에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 5개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (10) is shown in FIG. Five diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (10)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (10)을 얻었다.The fuel cell electrode 10 was obtained like Example 1 except having used the said catalyst (10).

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (10)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 10 was used.

도 48에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.48 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 10에서 제작한 연료 전지용 전극 (10)은 산소 환원 개시 전위가 0.95V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 10 produced in Example 10 had an oxygen reduction initiation potential of 0.95 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 11] [Example 11]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 4.96g(42.5mmol), 산화인듐주석(In2O2-SnO2)(ITO)(쇼꾸바이 가세이 고교 가부시끼가이샤제 분말) 0.69g(2.5mmol), 질화니오븀(NbN) 0.27g(2.5mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1400℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 인듐, 주석 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (11) 5.94g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (11)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (11) 1.02g으로 인듐, 주석 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (11)」이라고도 함) 1.10g을 제조하였다.Niobium carbide (NbC) 4.96 g (42.5 mmol), indium tin oxide (In 2 O 2 -SnO 2 ) (ITO) (powder made by Shokubai Kasei Kogyo Co., Ltd.) 0.69 g (2.5 mmol), niobium nitride (NbN) 0.27 g (2.5 mmol) was thoroughly ground and mixed. 5.94 g of carbonitrides (11) containing indium, tin, and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1400 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 11 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 1, 1.10 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 11") containing indium, tin, and niobium was produced from 1.02 g of the carbonitride (11).

촉매 (11)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 11에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 5개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (11) is shown in FIG. Five diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (11)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (11)을 얻었다.A fuel cell electrode 11 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 11 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (11)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 11 was used.

도 49에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.49 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 11에서 제작한 연료 전지용 전극 (11)은 산소 환원 개시 전위가 0.85V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 11 produced in Example 11 had an oxygen reduction initiation potential of 0.85 V (vs. NHE) and had a high oxygen reduction ability.

[비교예 1] Comparative Example 1

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 4.96g(81mmol), 산화니오븀(NbO2) 1.25g(10mmol), 질화니오븀(NbN) 0.54g(5mmol)을 잘 혼합하고, 1500℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리를 행함으로써, 소결체의 니오븀의 탄질화물(이하「촉매 (12)」라고도 함) 2.70g을 얻게 되었다. 소결체가 되므로, 볼 밀로 분쇄하였다.4.96 g (81 mmol) of niobium carbide (NbC), 1.25 g (10 mmol) of niobium oxide (NbO 2 ), and 0.54 g (5 mmol) of niobium nitride (NbN) were mixed well and heat-treated at 1500 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. Thus, 2.70 g of niobium carbonitride (hereinafter also referred to as "catalyst 12") of the sintered compact was obtained. Since it became a sintered compact, it grind | pulverized with the ball mill.

분쇄한 촉매 (12)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.Table 1 shows the results of elemental analysis of the pulverized catalyst (12).

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

얻어진 니오븀의 탄질화물을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (12)를 얻었다.A fuel cell electrode 12 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the obtained niobium carbonitride was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (12)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 12 was used.

도 50에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.50 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

비교예 1에서 제작한 연료 전지용 전극 (12)는 산소 환원 개시 전위가 0.45V(vs.NHE)로, 산소 환원능이 낮은 것을 알 수 있었다.It was found that the fuel cell electrode 12 produced in Comparative Example 1 had an oxygen reduction initiation potential of 0.45 V (vs. NHE) and a low oxygen reduction capacity.

[실시예 12] [Example 12]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화제이철(Fe2O3) 0.40g(2.5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 철 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (13) 11.19g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (13)을 볼 밀로 분쇄하였다. 얻어진 탄질화물 (13) 1.00g을, 1용량%의 산소 가스 및 0.8용량%의 수소 가스를 포함하는 질소 가스를 흐르게 하면서, 관상로에서, 900℃로 6시간 열처리함으로써, 철(5몰%) 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (13)」이라고도 함) 1.24g을 얻게 되었다. 얻어진 촉매 (13)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.40 g (2.5 mmol) of ferric oxide (Fe 2 O 3 ), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 11.19 g of carbonitrides (13) containing iron and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 13 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. 1.00 g of the obtained carbonitride (13) was subjected to heat treatment at 900 ° C. for 6 hours in a tubular furnace while flowing nitrogen gas containing 1% by volume of oxygen gas and 0.8% by volume of hydrogen gas, thereby producing iron (5 mol%). And 1.24 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 13") containing niobium. Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (13).

촉매 (13)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 12에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (13) is shown in FIG. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (13)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (13)을 얻었다.The fuel cell electrode 13 was obtained like Example 1 except having used the said catalyst (13).

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (13)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 13 was used.

도 51에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.51 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 12에서 제작한 연료 전지용 전극 (13)은 산소 환원 개시 전위가 0.90V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 13 produced in Example 12 had an oxygen reduction initiation potential of 0.90 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 13] [Example 13]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화망간(MnO) 0.36g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 망간 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (14) 10.93g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (14)를 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (14) 1.04g으로 망간 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (14)」라고도 함) 1.33g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (14)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.36 g (5 mmol) of manganese oxide (MnO), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 10.93 g of carbonitrides (14) containing manganese and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 14 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.33 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 14") containing manganese and niobium was produced from 1.04 g of the carbonitride (14). Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (14).

촉매 (14)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 13에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다. 촉매 (14)의 분말 X선 회절 스펙트럼의 스펙트럼 검색을 하면, 도 14에 나타낸 바와 같이 Nb12O29 유래의 피크가 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 14 is shown in FIG. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °. When a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst of the spectrum search 14, the peak of the Nb 12 O 29 origin was observed as shown in FIG.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (14)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (14)를 얻었다.A fuel cell electrode 14 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 14 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (14)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 14 was used.

도 52에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.52 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 13에서 제작한 연료 전지용 전극 (14)는 산소 환원 개시 전위가 0.85V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 14 produced in Example 13 had an oxygen reduction initiation potential of 0.85 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 14] Example 14

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화세륨(CeO2) 0.86g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 세륨 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (15) 11.69g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (15)를 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (15) 1.03g으로 세륨 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (15)」라고도 함) 1.31g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (15)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.86 g (5 mmol) of cerium oxide (CeO 2 ), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 11.69 g of carbonitrides (15) containing cerium and niobium were obtained by heat-treating this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 15 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.31 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 15") containing cerium and niobium was produced from 1.03 g of the carbonitride (15). Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (15).

촉매 (15)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 15에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다. 촉매 (15)의 분말 X선 회절 스펙트럼의 스펙트럼 검색을 하면, 도 16에 나타낸 바와 같이 Nb12O29 유래의 피크가 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (15) is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °. When a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst of the spectrum search 15, the peak of the Nb 12 O 29 origin was observed as shown in Fig.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (15)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (15)를 얻었다.A fuel cell electrode 15 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 15 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (15)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic capacity (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 15 was used.

도 53에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.53 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 14에서 제작한 연료 전지용 전극 (15)는 산소 환원 개시 전위가 0.86V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 15 produced in Example 14 had an oxygen reduction initiation potential of 0.86 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 15] Example 15

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화크롬(Cr2O3) 0.38g(2.5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 크롬 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (16) 11.17g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (16)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (16) 0.97g으로 크롬 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (16)」이라고도 함) 1.20g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (16)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.38 g (2.5 mmol) of chromium oxide (Cr 2 O 3 ), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 11.17 g of carbonitrides (16) containing chromium and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 16 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.20 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 16") containing chromium and niobium was produced with 0.97 g of the carbonitride (16). Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (16).

촉매 (16)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 17에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다. 촉매 (16)의 분말 X선 회절 스펙트럼의 스펙트럼 검색을 하면, 도 18에 나타낸 바와 같이 Nb12O29 유래의 피크가 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 16 is shown in FIG. 17. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °. When a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst of the spectrum search 16, the peak of the Nb 12 O 29 origin was observed as shown in Fig.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (16)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (16)을 얻었다.A fuel cell electrode 16 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 16 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (16)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 16 was used.

도 54에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.54 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 15에서 제작한 연료 전지용 전극 (16)은 산소 환원 개시 전위가 0.85V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 16 produced in Example 15 had an oxygen reduction initiation potential of 0.85 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 16] [Example 16]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 아세트산철(C4H6O4Fe) 0.87g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 철 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (17) 10.89g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (17)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (17) 1.05g으로 철 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (17)」이라고도 함) 1.34g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (17)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.87 g (5 mmol) of iron acetate (C 4 H 6 O 4 Fe), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 10.89 g of carbonitrides (17) containing iron and niobium were obtained by heat-treating this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 17 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. After this, in the same manner as in Example 12, 1.34 g of the carbonitride (17) containing 1.34 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 17") containing iron and niobium was produced. Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (17).

촉매 (17)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 19에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 6개 관측되었다. 촉매 (17)의 분말 X선 회절 스펙트럼의 스펙트럼 검색을 하면, 도 20에 나타낸 바와 같이 Nb12O29 유래의 피크가 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (17) is shown in FIG. Six diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °. When a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst of the spectrum search 17, the peak of the Nb 12 O 29 origin was observed as shown in Fig.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (17)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (17)을 얻었다.A fuel cell electrode 17 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 17 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (17)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 17 was used.

도 55에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.55 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 16에서 제작한 연료 전지용 전극 (17)은 산소 환원 개시 전위가 0.90V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 17 produced in Example 16 had an oxygen reduction initiation potential of 0.90 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 17] Example 17

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 코발트아세틸아세톤 착체(C10H14O4Co) 1.29g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 코발트 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (18) 10.94g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (18)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (18) 1.05g으로 코발트 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (18)」이라고도 함) 1.35g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (18)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 1.29 g (5 mmol) of cobalt acetylacetone complex (C 10 H 14 O 4 Co), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 10.94 g of carbonitrides (18) containing cobalt and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 18 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.35 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 18") containing 1.05 g of the carbonitride (18) was produced. Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (18).

촉매 (18)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 21에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다. 촉매 (18)의 분말 X선 회절 스펙트럼의 스펙트럼 검색을 하면, 도 22에 나타낸 바와 같이 Nb12O29 유래의 피크가 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (18) is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °. When a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst of the spectrum search 18, the peak of the Nb 12 O 29 origin was observed as shown in Fig. 22.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (18)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (18)을 얻었다.A fuel cell electrode 18 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 18 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (18)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 18 was used.

도 56에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.56 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 17에서 제작한 연료 전지용 전극 (18)은 산소 환원 개시 전위가 0.87V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 18 produced in Example 17 had an oxygen reduction initiation potential of 0.87 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 18] [Example 18]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol) 및 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 혼합하고, 또한 에탄올 1ml에 용해한 테트라클로로금산(HAuCl4ㆍnH2O) 0.203g(0.5mmol)을 첨가하여, 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 금 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (19) 11.33g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (19)를 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (19) 1.02g으로 금 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (19)」라고도 함) 1.25g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (19)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC) and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were mixed, and 0.203 g (0.5 mmol) of tetrachlorogold acid (HAuCl 4 nH 2 O) dissolved in 1 ml of ethanol was added. The mixture was ground and mixed sufficiently. 11.33 g of carbonitrides (19) containing gold and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 19 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.25 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 19") containing gold and niobium was produced from 1.02 g of the carbonitride (19). Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (19).

촉매 (19)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 23에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (19) is shown in FIG. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (19)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (19)를 얻었다.A fuel cell electrode 19 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 19 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (19)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Except having used the said fuel cell electrode 19, it carried out similarly to Example 1, and evaluated catalytic performance (oxygen reduction ability).

도 57에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.57 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 18에서 제작한 연료 전지용 전극 (19)는 산소 환원 개시 전위가 0.90V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 19 produced in Example 18 had an oxygen reduction initiation potential of 0.90 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 19] [Example 19]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 아세트산은(C2H3O2Ag) 0.835g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 은 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (20) 10.82g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (20)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (20) 0.98g으로 은 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (20)」이라고도 함) 1.27g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (20)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.835 g (5 mmol) of silver acetate (C 2 H 3 O 2 Ag), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 10.82 g of carbonitrides 20 containing silver and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 20 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.27 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 20") containing silver and niobium was produced from 0.98 g of the carbonitride (20). Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (20).

촉매 (20)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 24에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 20 is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (20)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (20)을 얻었다.A fuel cell electrode 20 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 20 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (20)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 20 was used.

도 58에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.58 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 19에서 제작한 연료 전지용 전극 (20)은 산소 환원 개시 전위가 0.88V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 20 produced in Example 19 had an oxygen reduction initiation potential of 0.88 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 20] [Example 20]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화팔라듐(PdO) 0.61g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 팔라듐 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (21) 11.63g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (21)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (21) 0.99g으로 팔라듐 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (21)」이라고도 함) 1.26g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (21)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.61 g (5 mmol) of palladium oxide (PdO), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 11.63 g of carbonitrides (21) containing palladium and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 21 of the sintered compact was ground by the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.26 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 21") containing palladium and niobium was produced with 0.99 g of the carbonitride (21). Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (21).

촉매 (21)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 25에 나타내고, 당해 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도를 도 26에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 4개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 21 is shown in FIG. 25, and the enlarged view of the diffraction angle 2 (theta) = 30 degrees-45 degrees in this powder X-ray diffraction spectrum is shown in FIG. Four diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (21)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (21)을 얻었다.A fuel cell electrode 21 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 21 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (21)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 21 was used.

도 59에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.59 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 20에서 제작한 연료 전지용 전극 (21)은 산소 환원 개시 전위가 0.88V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 21 produced in Example 20 has an oxygen reduction initiation potential of 0.88 V (vs. NHE), and has a high oxygen reduction ability.

[실시예 21] Example 21

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화이리듐(IrO2) 1.12g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 이리듐 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (22) 11.29g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (22)를 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (22) 1.01g으로 이리듐 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (22)」라고도 함) 1.27g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (22)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 1.12 g (5 mmol) of iridium oxide (IrO 2 ), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 11.29 g of carbonitrides (22) containing iridium and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 22 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.27 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 22") containing iridium and niobium was produced with 1.01 g of the above-mentioned carbonitride (22). Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (22).

촉매 (22)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 27에 나타내고, 당해 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도를 도 28에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 5개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 22 is shown in FIG. 27, and the enlarged view of the diffraction angle 2 (theta) = 30 degrees-45 degrees in this powder X-ray diffraction spectrum is shown in FIG. Five diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (22)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (22)를 얻었다.A fuel cell electrode 22 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 22 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (22)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 22 was used.

도 60에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.60 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 21에서 제작한 연료 전지용 전극 (22)는 산소 환원 개시 전위가 0.88V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 22 produced in Example 21 had an oxygen reduction initiation potential of 0.88 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 22] [Example 22]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화루테늄(RuO2) 0.67g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 루테늄 및 니오븀을 함유하는 탄질화물 (23) 11.29g을 얻게 되었다. 소결체의 탄질화물 (23)을 볼 밀로 분쇄하였다. 이 이후는 실시예 12와 마찬가지로 하여, 상기 탄질화물 (23) 1.02g으로 루테늄 및 니오븀을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (23)」이라고도 함) 1.29g을 제조하였다. 얻어진 촉매 (23)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.67 g (5 mmol) of ruthenium oxide (RuO 2 ), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. 11.29 g of carbonitrides (23) containing ruthenium and niobium were obtained by heat-processing this mixed powder in a tubular furnace at 1600 degreeC for 3 hours in nitrogen atmosphere. The carbonitride 23 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill. Thereafter, in the same manner as in Example 12, 1.29 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 23") containing ruthenium and niobium was produced from 1.02 g of the carbonitride (23). Table 1 shows the results of elemental analysis of the obtained catalyst (23).

촉매 (23)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 29에 나타내고, 당해 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도를 도 30에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 23 is shown in FIG. 29, and the enlarged view of the diffraction angle 2 (theta) = 30 degrees-45 degrees in this powder X-ray diffraction spectrum is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (23)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (23)을 얻었다.A fuel cell electrode 23 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 23 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (23)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Except having used the said fuel cell electrode 23, it carried out similarly to Example 1, and evaluated catalytic performance (oxygen reduction ability).

도 61에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.61 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 22에서 제작한 연료 전지용 전극 (23)은 산소 환원 개시 전위가 0.88V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 23 produced in Example 22 had an oxygen reduction initiation potential of 0.88 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 23] [Example 23]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.17g(49mmol), 산화란탄(La2O3) 0.30g(0.9mmol), 질화니오븀(NbN) 4.52g(42mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 니오븀 및 란탄을 함유하는 탄질화물 (24)를 얻었다.5.17 g (49 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.30 g (0.9 mmol) of lanthanum oxide (La 2 O 3 ), and 4.52 g (42 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. The mixed powder was heat-treated in a tubular furnace at 1600 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain carbonitride (24) containing niobium and lanthanum.

다음에 로터리 킬른에 있어서, 1용량%의 산소 가스를 포함하는 아르곤 가스와, 4용량%의 수소 가스를 포함하는 질소 가스를 등량 흐르게 하면서, 얻어진 탄질화물 (24) 0.5g을 950℃로 8시간 열처리함으로써, 니오븀 및 란탄을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (24)」라고도 함)을 제조하였다.Next, in the rotary kiln, 0.5 g of the obtained carbonitride (24) was flowed at 950 ° C for 8 hours while flowing an equal amount of argon gas containing 1% by volume of oxygen gas and nitrogen gas containing 4% by volume of hydrogen gas. By heat treatment, carbonitride oxide containing niobium and lanthanum (hereinafter also referred to as "catalyst 24") was produced.

촉매 (24)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 31에 나타내고, 당해 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도를 도 32에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 24 is shown in FIG. 31, and the enlarged view of the diffraction angle 2 (theta) = 30 degrees-45 degrees in this powder X-ray diffraction spectrum is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (24)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (24)를 얻었다.A fuel cell electrode 24 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 24 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (24)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 24 was used.

도 62에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.62 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 23에서 제작한 연료 전지용 전극 (24)는 산소 환원 개시 전위가 0.88V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 24 produced in Example 23 had an oxygen reduction initiation potential of 0.88 V (vs. NHE) and had a high oxygen reduction ability.

[실시예 24] Example 24

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.17g(49mmol), 산화프라세오디뮴(Pr6O11) 0.31g(0.3mmol), 질화니오븀(NbN) 4.52g(42mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 니오븀 및 프라세오디뮴을 함유하는 탄질화물 (25)를 얻었다.5.17 g (49 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.31 g (0.3 mmol) of praseodymium oxide (Pr 6 O 11 ), and 4.52 g (42 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. The mixed powder was heat-treated in a tubular furnace at 1600 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain carbonitride (25) containing niobium and praseodymium.

다음에 로터리 킬른에 있어서, 1용량%의 산소 가스를 포함하는 아르곤 가스와, 4용량%의 수소 가스를 포함하는 질소 가스를 등량 흐르게 하면서, 얻어진 탄질화물 (25) 0.5g을 950℃로 8시간 열처리함으로써, 니오븀 및 프라세오디뮴을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (25)」라고도 함)을 제조하였다.Next, in the rotary kiln, 0.5 g of the obtained carbonitride (25) was flowed at 950 ° C for 8 hours while flowing an equal amount of argon gas containing 1% by volume of oxygen gas and nitrogen gas containing 4% by volume of hydrogen gas. By heat treatment, carbonitride oxide containing niobium and praseodymium (hereinafter also referred to as "catalyst 25") was produced.

촉매 (25)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 33에 나타내고, 당해 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도를 도 34에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 25 is shown in FIG. 33, and the enlarged view of the diffraction angle 2 (theta) = 30 degrees-45 degrees in this powder X-ray diffraction spectrum is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (25)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (25)를 얻었다.A fuel cell electrode 25 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 25 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (25)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic capacity (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 25 was used.

도 63에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.63 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 24에서 제작한 연료 전지용 전극 (25)는 산소 환원 개시 전위가 0.85V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 25 produced in Example 24 had an oxygen reduction initiation potential of 0.85 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 25] [Example 25]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.17g(49mmol), 산화네오디뮴(Nd2O3) 0.31g(0.9mmol), 질화니오븀(NbN) 4.51g(42mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 니오븀 및 네오디뮴을 함유하는 탄질화물 (26)을 얻었다.5.17 g (49 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.31 g (0.9 mmol) of neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), and 4.51 g (42 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. This mixed powder was heat-treated in a tubular furnace at 1600 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain carbonitride (26) containing niobium and neodymium.

다음에 로터리 킬른에 있어서, 1용량%의 산소 가스를 포함하는 아르곤 가스와, 4용량%의 수소 가스를 포함하는 질소 가스를 등량 흐르게 하면서, 얻어진 탄질화물 (26) 0.5g을 950℃로 8시간 열처리함으로써, 니오븀 및 네오디뮴을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (26)」이라고도 함)을 제조하였다.Next, in the rotary kiln, 0.5 g of carbonitride (26) obtained was flowed at 950 ° C. for 8 hours while flowing an equal amount of argon gas containing 1% by volume of oxygen gas and nitrogen gas containing 4% by volume of hydrogen gas. By heat treatment, carbonitride oxide containing niobium and neodymium (hereinafter also referred to as "catalyst 26") was produced.

촉매 (26)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 35에 나타내고, 당해 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도를 도 36에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 26 is shown in FIG. 35, and the enlarged view of the diffraction angle 2 (theta) = 30 degrees-45 degrees in this powder X-ray diffraction spectrum is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (26)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (26)을 얻었다.A fuel cell electrode 26 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 26 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (26)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 26 was used.

도 64에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.64 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

실시예 25에서 제작한 연료 전지용 전극 (26)은 산소 환원 개시 전위가 0.85V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 26 produced in Example 25 had an oxygen reduction initiation potential of 0.85 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[실시예 26] Example 26

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.17g(49mmol), 산화사마륨(Sm2O3) 0.32g(0.9mmol), 질화니오븀(NbN) 4.51g(42mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 니오븀 및 사마륨을 함유하는 탄질화물 (27)을 얻었다.5.17 g (49 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.32 g (0.9 mmol) of samarium oxide (Sm 2 O 3 ), and 4.51 g (42 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. This mixed powder was heat-treated in a tubular furnace at 1600 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain carbonitride (27) containing niobium and samarium.

다음에 로터리 킬른에 있어서, 1용량%의 산소 가스를 포함하는 아르곤 가스와, 4용량%의 수소 가스를 포함하는 질소 가스를 등량 흐르게 하면서, 얻어진 탄질화물 (27) 0.5g을 950℃로 8시간 열처리함으로써, 니오븀 및 사마륨을 함유하는 탄질산화물(이하「촉매 (27)」이라고도 함)를 제조하였다.Next, in the rotary kiln, 0.5 g of the carbonitride (27) obtained was flowed at 950 ° C for 8 hours while flowing an equal amount of argon gas containing 1% by volume of oxygen gas and nitrogen gas containing 4% by volume of hydrogen gas. By heat treatment, carbonitride oxide (hereinafter also referred to as "catalyst 27") containing niobium and samarium was produced.

촉매 (27)의 분말 X선 회절 스펙트럼을 도 37에 나타내고, 당해 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 회절각 2θ=30°내지 45°의 범위의 확대도를 도 38에 나타낸다. 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 3개 관측되었다.The powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst 27 is shown in FIG. 37, and the enlarged view of the diffraction angle 2 (theta) = 30 degrees-45 degrees in this powder X-ray diffraction spectrum is shown in FIG. Three diffraction line peaks were observed between the diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °.

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (27)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (27)을 얻었다.A fuel cell electrode 27 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 27 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (27)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 27 was used.

도 65에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.65 shows the current-potential curve obtained by this measurement.

실시예 26에서 제작한 연료 전지용 전극 (27)은 산소 환원 개시 전위가 0.90V(vs.NHE)로, 높은 산소 환원능을 갖는 것을 알 수 있었다.The fuel cell electrode 27 produced in Example 26 had an oxygen reduction initiation potential of 0.90 V (vs. NHE) and had high oxygen reduction ability.

[비교예 2] Comparative Example 2

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화제이철(Fe2O3) 0.40g(2.5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 철 및 니오븀을 함유하는 탄질화물(이하「촉매 (28)」이라고도 함) 11.19g을 얻게 되었다. 소결체의 촉매 (28)을 볼 밀로 분쇄하였다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.40 g (2.5 mmol) of ferric oxide (Fe 2 O 3 ), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. This mixed powder was heat-treated in a tubular furnace at 1600 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, whereby 11.19 g of carbonitride containing iron and niobium (hereinafter also referred to as “catalyst 28”) was obtained. The catalyst 28 of the sintered compact was grind | pulverized with the ball mill.

분쇄한 촉매 (28)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.Table 1 shows the results of elemental analysis of the pulverized catalyst (28).

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (28)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (28)을 얻었다.A fuel cell electrode 28 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 28 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (28)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic performance (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 28 was used.

도 66에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.66 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.

비교예 1에서 제작한 연료 전지용 전극 (28)은 산소 환원 개시 전위가 0.50V(vs.NHE)로, 산소 환원능이 낮은 것을 알 수 있었다.It was found that the fuel cell electrode 28 produced in Comparative Example 1 had an oxygen reduction initiation potential of 0.50 V (vs. NHE) and low oxygen reduction ability.

[비교예 3] [Comparative Example 3]

1. 촉매의 제조 1. Preparation of Catalyst

탄화니오븀(NbC) 5.88g(56mmol), 산화세륨(CeO2) 0.86g(5mmol), 질화니오븀(NbN) 5.14g(48mmol)을 충분히 분쇄하여 혼합하였다. 이 혼합 분말을 관상로에서, 1600℃로 3시간, 질소 분위기 중에서 열처리함으로써, 세륨 및 니오븀을 함유하는 탄질화물(이하「촉매 (29)」라고도 함) 11.69g을 얻게 되었다. 소결체의 촉매 (29)를 볼 밀로 분쇄하였다.5.88 g (56 mmol) of niobium carbide (NbC), 0.86 g (5 mmol) of cerium oxide (CeO 2 ), and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride (NbN) were sufficiently ground and mixed. This mixed powder was heat-treated in a tubular furnace at 1600 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, whereby 11.69 g of carbonitride containing cerium and niobium (hereinafter also referred to as “catalyst 29”) was obtained. The catalyst 29 of the sintered compact was crushed with a ball mill.

분쇄한 촉매 (29)의 원소 분석 결과를 표 1에 나타낸다.Table 1 shows the results of elemental analysis of the pulverized catalyst (29).

2. 연료 전지용 전극의 제조 2. Manufacturing of Electrode for Fuel Cell

상기 촉매 (29)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 연료 전지용 전극 (29)를 얻었다.A fuel cell electrode 29 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the catalyst 29 was used.

3. 산소 환원능의 평가 3. Evaluation of Oxygen Reduction Capacity

상기 연료 전지용 전극 (29)를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 촉매능(산소 환원능)을 평가하였다.Catalytic capacity (oxygen reduction ability) was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fuel cell electrode 29 was used.

도 67에, 당해 측정에 의해 얻어진 전류-전위 곡선을 나타낸다.67 shows the current-potential curve obtained by the above measurement.

비교예 1에서 제작한 연료 전지용 전극 (29)는 산소 환원 개시 전위가 0.45V(vs.NHE)로, 산소 환원능이 낮은 것을 알 수 있었다.It was found that the fuel cell electrode 29 produced in Comparative Example 1 had an oxygen reduction initiation potential of 0.45 V (vs. NHE) and low oxygen reduction ability.

Figure 112010052809447-pct00001
Figure 112010052809447-pct00001

Figure 112010052809447-pct00002
Figure 112010052809447-pct00002

<산업상 이용가능성>Industrial Applicability

본 발명의 촉매는, 산성 전해질 중이나 고전위에서 부식되지 않고, 내구성이 우수하며, 높은 산소 환원능을 가지므로, 연료 전지용 촉매층, 전극, 전극 접합체 또는 연료 전지에 사용할 수 있다.Since the catalyst of the present invention does not corrode in an acidic electrolyte or a high potential, has excellent durability, and has a high oxygen reduction ability, the catalyst can be used in a fuel cell catalyst layer, an electrode, an electrode assembly or a fuel cell.

Claims (21)

주석, 인듐, 탄탈, 백금, 철, 망간, 세륨, 크롬, 코발트, 금, 은, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 란탄, 프라세오디뮴, 네오디뮴 및 사마륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속(이하「금속 M」또는「M」이라고 함) 및 니오븀을 함유하는 금속 탄질산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 환원 촉매.At least one metal selected from the group consisting of tin, indium, tantalum, platinum, iron, manganese, cerium, chromium, cobalt, gold, silver, palladium, iridium, ruthenium, lanthanum, praseodymium, neodymium and samarium (hereinafter referred to as `` metal M Or "M") and a metal carbonitride containing niobium. 제1항에 있어서, 상기 금속 탄질산화물의 조성식이 NbaMbCxNyOz(단, a, b, x, y, z는 원자수의 비를 나타내고, 0.01≤a<1, 0<b≤0.99, 0.01≤x≤2, 0.01≤y≤2, 0.01≤z≤3, a+b=1, 또한 x+y+z≤5임)로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 산소 환원 촉매.The method of claim 1, wherein the composition formula of the carbonaceous oxide is Nb a M b C x N y O z (where a, b, x, y, z represents the ratio of the number of atoms, 0.01≤a <1, 0 <B ≦ 0.99, 0.01 ≦ x ≦ 2, 0.01 ≦ y ≦ 2, 0.01 ≦ z ≦ 3, a + b = 1, and x + y + z ≦ 5). 제1항 또는 제2항에 있어서, 분말 X선 회절법(Cu-Kα선)에 의해 상기 금속 탄질산화물을 측정하였을 때에, 회절각 2θ=33°내지 43°사이에 회절선 피크가 2개 이상 관측되는 것을 특징으로 하는 산소 환원 촉매.The diffraction line peak according to claim 1 or 2, wherein the metal carbonitride oxide is measured by powder X-ray diffraction (Cu-Kα-ray) and has two or more diffraction line peaks between diffraction angles 2θ = 33 ° to 43 °. Oxygen reduction catalyst characterized in that observed. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 탄질산화물이 몇 개의 상을 포함하는 혼합물이며, 분말 X선 회절법(Cu-Kα선)에 의해 상기 금속 탄질산화물을 측정하였을 때에, Nb12O29 유래의 피크가 관측되는 것을 특징으로 하는 산소 환원 촉매.The metal carbonitride according to claim 1 or 2, wherein the metal carbonitride is a mixture containing several phases, and when the metal carbonitride is measured by powder X-ray diffraction (Cu-Kα), Nb 12 O 29 Oxygen reduction catalyst characterized in that the peak derived from is observed. 주석, 인듐, 탄탈, 백금, 철, 망간, 세륨, 크롬, 코발트, 금, 은, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 란탄, 프라세오디뮴, 네오디뮴 및 사마륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M의 산화물, 산화니오븀 및 탄소의 혼합물을 질소 분위기 또는 질소를 함유하는 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 얻는 공정 (ia)와, 상기 금속 탄질화물을 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매를 얻는 공정 (ii)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.Oxide, oxide of at least one metal M selected from the group consisting of tin, indium, tantalum, platinum, iron, manganese, cerium, chromium, cobalt, gold, silver, palladium, iridium, ruthenium, lanthanum, praseodymium, neodymium and samarium Step (ia) of obtaining a metal carbonitride by heat-treating the mixture of niobium and carbon in nitrogen atmosphere or an inert gas containing nitrogen, and obtaining the catalyst containing a metal carbonitride by heat-processing the said metal carbonitride in oxygen containing inert gas. A process for producing a catalyst comprising metal carbonitride, comprising step (ii). 주석, 인듐, 탄탈, 백금, 철, 망간, 세륨, 크롬, 코발트, 금, 은, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 란탄, 프라세오디뮴, 네오디뮴 및 사마륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M의 산화물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 혼합물을 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 얻는 공정 (ib)와, 상기 금속 탄질화물을 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매를 얻는 공정 (ii)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.Oxide, carbonization of at least one metal M selected from the group consisting of tin, indium, tantalum, platinum, iron, manganese, cerium, chromium, cobalt, gold, silver, palladium, iridium, ruthenium, lanthanum, praseodymium, neodymium and samarium (Ii) obtaining a metal carbonitride by heat-treating a mixture of niobium and niobium nitride in an inert gas; and (ii) obtaining a catalyst containing metal carbonitride by heat treating the metal carbonitride in an oxygen-containing inert gas. Method for producing a catalyst comprising a metal carbonitride, characterized in that. 주석, 인듐, 탄탈, 백금, 철, 망간, 세륨, 크롬, 코발트, 금, 은, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 란탄, 프라세오디뮴, 네오디뮴 및 사마륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M의 산화물, 탄화니오븀, 질화니오븀 및 산화니오븀의 혼합물을 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 얻는 공정 (ic)와, 상기 금속 탄질화물을 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매를 얻는 공정 (ii)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.Oxide, carbonization of at least one metal M selected from the group consisting of tin, indium, tantalum, platinum, iron, manganese, cerium, chromium, cobalt, gold, silver, palladium, iridium, ruthenium, lanthanum, praseodymium, neodymium and samarium (Ic) obtaining a metal carbonitride by heat-treating a mixture of niobium, niobium nitride, and niobium oxide in an inert gas; and obtaining a catalyst containing metal carbonitride by heat-treating the metal carbonitride in an oxygen-containing inert gas (ii). Method for producing a catalyst comprising a metal carbonitride comprising a). 주석, 인듐, 탄탈, 백금, 철, 망간, 세륨, 크롬, 코발트, 금, 은, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 란탄, 프라세오디뮴, 네오디뮴 및 사마륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 M을 함유하는 화합물, 탄화니오븀 및 질화니오븀의 혼합물을 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질화물을 얻는 공정 (id)와, 상기 금속 탄질화물을 산소 함유 불활성 가스 중에서 열처리함으로써 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매를 얻는 공정 (ii)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.Compounds containing at least one metal M selected from the group consisting of tin, indium, tantalum, platinum, iron, manganese, cerium, chromium, cobalt, gold, silver, palladium, iridium, ruthenium, lanthanum, praseodymium, neodymium and samarium And (i) obtaining a metal carbonitride by heat-treating a mixture of niobium carbide and niobium nitride in an inert gas, and obtaining a catalyst containing metal carbonitride by heat-treating the metal carbonitride in an oxygen-containing inert gas. Method for producing a catalyst comprising a metal carbonitride comprising a. 제5항에 있어서, 상기 공정 (ia)에 있어서의 열처리 온도가 600 내지 1800℃의 범위인 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.The method for producing a catalyst containing metal carbonitride according to claim 5, wherein the heat treatment temperature in the step (ia) is in the range of 600 to 1800 ° C. 제6항에 있어서, 상기 공정 (ib)에 있어서의 열처리 온도가 600 내지 1800℃의 범위인 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.The method for producing a catalyst containing metal carbonitride according to claim 6, wherein the heat treatment temperature in the step (ib) is in the range of 600 to 1800 ° C. 제7항에 있어서, 상기 공정 (ic)에 있어서의 열처리 온도가 600 내지 1800℃의 범위인 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.The process for producing a catalyst comprising a metal carbonitride according to claim 7, wherein the heat treatment temperature in the step (ic) is in the range of 600 to 1800 ° C. 제8항에 있어서, 상기 공정 (id)에 있어서의 열처리 온도가 600 내지 1800℃의 범위인 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.The method for producing a catalyst comprising a metal carbonitride according to claim 8, wherein the heat treatment temperature in the step (id) is in the range of 600 to 1800 ° C. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 (ii)에 있어서의 열처리 온도가 400 내지 1400℃의 범위인 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.The method for producing a catalyst comprising a metal carbonitride according to any one of claims 5 to 12, wherein the heat treatment temperature in the step (ii) is in the range of 400 to 1400 ° C. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 (ii)에 있어서의 불활성 가스 중의 산소 가스 농도가 0.1 내지 10용량%의 범위인 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.The production of a catalyst containing metal carbonitride according to any one of claims 5 to 12, wherein the oxygen gas concentration in the inert gas in the step (ii) is in the range of 0.1 to 10% by volume. Way. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 (ii)에 있어서의 불활성 가스가 수소 가스를 5용량% 이하의 범위로 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 금속 탄질산화물을 포함하는 촉매의 제조 방법.The catalyst according to any one of claims 5 to 12, wherein the inert gas in the step (ii) contains hydrogen gas in a range of 5% by volume or less. Manufacturing method. 제1항 또는 제2항에 기재된 산소 환원 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매층.A catalyst layer for a fuel cell, comprising the oxygen reduction catalyst according to claim 1. 제16항에 있어서, 전자 전도성 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매층.The catalyst layer for a fuel cell according to claim 16, further comprising electron conductive particles. 연료 전지용 촉매층과 다공질 지지층을 갖는 전극이며, 상기 연료 전지용 촉매층이 제16항에 기재된 연료 전지용 촉매층인 것을 특징으로 하는 전극.An electrode having a fuel cell catalyst layer and a porous support layer, wherein the fuel cell catalyst layer is the fuel cell catalyst layer according to claim 16. 캐소드와 애노드와 상기 캐소드 및 상기 애노드의 사이에 배치된 전해질막을 갖는 막 전극 접합체이며, 상기 캐소드, 상기 애노드 또는 양자 모두가 제18항에 기재된 전극인 것을 특징으로 하는 막 전극 접합체.A membrane electrode assembly having a cathode, an anode, and an electrolyte membrane disposed between the cathode and the anode, wherein the cathode, the anode, or both are electrodes according to claim 18. A membrane electrode assembly. 제19항에 기재된 막 전극 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to claim 19. 제19항에 기재된 막 전극 접합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 고분자형 연료 전지.A polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to claim 19.
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